JP2023116696A - 極性オレフィン重合体及び共重合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体を提供する。【解決手段】非極性オレフィンモノマーと一般式(IV)で表される極性オレフィンモノマーとの共重合体であって、全構造単位に対する極性オレフィン構造単位の割合が20mol%以上である、非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体とする。前記非極性オレフィンモノマーが、エチレン、α-オレフィン、置換および無置換スチレン、ジエン、及び炭素数3~20の環状オレフィンからなる群から選ばれる1種又は2種以上を含むことが好ましい。TIFF2023116696000024.tif35128(式中、Zは窒素、酸素、及び硫黄から選ばれるヘテロ原子であり、R1は置換又は無置換の炭素数1~30のヒドロカルビル基であり、nは1又は2の整数であり、R3は炭素数1~5のヒドロカルビレン基であり、R4はハロゲン原子、炭素数1~10のヒドロカルビル基、炭素数1~10のアルキルチオ基等であり、mは0~4の整数である。)【選択図】なし
Description
本発明は、メタロセン錯体を含む重合触媒組成物を用いた、極性オレフィン重合体及び共重合体の製造方法に関する。また、本発明は、該製造方法によって製造される極性オレフィン重合体及び共重合体に関する。
ポリエチレン等のポリオレフィンは、現代社会において広く使用されている。しかしながら、その適用範囲は、ポリオレフィンの潜在能力に比べ限定されている。その一因は、ポリオレフィンが、極性ポリマー、極性色素、グラスファイバー、クレイ、金属等の他の材料との相溶性が低いことにある。したがって、ポリオレフィンの性能及び物性を向上するための、化学機能や極性基のポリオレフィンへの付与についての研究が広くなされてきた(非特許文献1)。エチレン等のオレフィンモノマーと、ヘテロ原子を含む官能基を含有する極性オレフィンモノマーとの共重合は、官能基含有ポリオレフィンの合成の可能性のある手法の一つと考えられる。
非特許文献2には、チタン及びジルコニウムメタロセン錯体等の触媒と共に、官能基をマスキングするメチルアルミノキサン(MAO)等の共触媒を用いることにより、エチレンと5-ヘキセン-1-イル-アセテートとの共重合を行ったことが記載されている。しかしながら、極性モノマーの導入率や共重合体の分子量について、さらに課題がある。
ニッケル及びパラジウム錯体等の触媒が、官能基をマスキングすることなく、エチレンと極性モノマーとの重合を行うことが可能であることが知られている。しかしながら、通常エチレンに対し、極性モノマーの重合活性が非常に低く、極性モノマーの導入率や共重合体の分子量について、十分とは言えない。
したがって、分子量が高く、官能基含有モノマーの含有量が高い、官能基含有ポリオレフィンの合成が望まれていた。
したがって、分子量が高く、官能基含有モノマーの含有量が高い、官能基含有ポリオレフィンの合成が望まれていた。
特許文献1には、メタロセン錯体を含む重合触媒組成物、同重合触媒組成物を用いた(共)重合体の製造方法、同製造方法によって製造される(共)重合体の発明が記載されている。しかしながら、極性オレフィンの重合については記載されていない。
Nakamura A., ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH, 1438-1449, 2013, Vol. 46, No. 7
Terao H. et al., J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 17636-17637
本発明は、この様な状況下為されたものであり、非極性オレフィンの重合体(例えば、非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体)の新規な製造方法を提供することを課題とする。
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。官能基含有α-オレフィンの重合活性の向上は、非極性オレフィンとの共重合において、高い共重合体分子量と、官能基含有モノマーの高い導入率を達成するために重要である。
本発明者等は、官能基含有α-オレフィンにおけるヘテロ原子と特定の触媒の中心金属とが相互作用し、分子内キレートを形成することにより、触媒とオレフィンユニットとの相互作用を促進し、官能基含有α-オレフィンの重合活性を促進し、よって共重合体への官能基含有モノマーの導入率を向上することが可能であることを知見した。さらに、官能基含有α-オレフィンのヘテロ原子とオレフィンユニットの、触媒の中心金属との分子内相互作用(キレート形成)が、ヘテロ原子を有さない類似化合物では困難な独自の立体選択性(シンジオタクチシティー)を誘導できることを知見した。このようなheteroatom-assisted olefin polymerization (HOP) strategyを用いて、高い分子量と広い範囲の極性モノマーの含有量を有する、ヘテロ原子官能基含有ポリオレフィンの合成に成功した。このような知見に基づき、本発明は完成されたものである。
本発明者等は、官能基含有α-オレフィンにおけるヘテロ原子と特定の触媒の中心金属とが相互作用し、分子内キレートを形成することにより、触媒とオレフィンユニットとの相互作用を促進し、官能基含有α-オレフィンの重合活性を促進し、よって共重合体への官能基含有モノマーの導入率を向上することが可能であることを知見した。さらに、官能基含有α-オレフィンのヘテロ原子とオレフィンユニットの、触媒の中心金属との分子内相互作用(キレート形成)が、ヘテロ原子を有さない類似化合物では困難な独自の立体選択性(シンジオタクチシティー)を誘導できることを知見した。このようなheteroatom-assisted olefin polymerization (HOP) strategyを用いて、高い分子量と広い範囲の極性モノマーの含有量を有する、ヘテロ原子官能基含有ポリオレフィンの合成に成功した。このような知見に基づき、本発明は完成されたものである。
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
[1] 1)スカンジウム(Sc)又はイットリウム(Y)である中心金属M、該中心金属に結合したシクロペンタジエニル誘導体を含む配位子Cp*、モノアニオン配位子Q1
及びQ2、並びに、0~3の整数であるW個の中性ルイス塩基Lを含む、一般式(I)で表されるメタロセン錯体、及び、
2)非配位性アニオンとカチオンからなるイオン性化合物、
を含む重合触媒組成物を触媒として、
極性オレフィンモノマーを重合させる重合工程を含む、極性オレフィン重合体又は共重合体の製造方法。
[1] 1)スカンジウム(Sc)又はイットリウム(Y)である中心金属M、該中心金属に結合したシクロペンタジエニル誘導体を含む配位子Cp*、モノアニオン配位子Q1
及びQ2、並びに、0~3の整数であるW個の中性ルイス塩基Lを含む、一般式(I)で表されるメタロセン錯体、及び、
2)非配位性アニオンとカチオンからなるイオン性化合物、
を含む重合触媒組成物を触媒として、
極性オレフィンモノマーを重合させる重合工程を含む、極性オレフィン重合体又は共重合体の製造方法。
[2] 前記メタロセン錯体における配位子Cp*が、置換又は無置換のシクロペンタジ
エニル環、置換又は無置換のインデニル環、及び、置換又は無置換のフルオレニル環からなる群から選ばれる、[1]に記載の製造方法。
エニル環、置換又は無置換のインデニル環、及び、置換又は無置換のフルオレニル環からなる群から選ばれる、[1]に記載の製造方法。
[3] 前記メタロセン錯体におけるモノアニオン配位子Q1およびQ2が独立して、トリメチルシリルメチル基又はオルト-ジメチルアミノベンジル基である、[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4] 前記メタロセン錯体における中性ルイス塩基Lが、テトラヒドロフランである、[1]~[3]のいずれかに記載の製造方法。
[5] 前記重合工程が、飽和脂肪族炭化水素、飽和脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、及び、ハロゲン化炭化水素からなる群から選ばれる溶媒の存在下で行われる、[1]~[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6] 前記極性オレフィンモノマーが、一般式(II)で表される極性基を含有する、[1]~[5]のいずれかに記載の製造方法。
-Z(R1)n・・・(II)
(式中、Zは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、R1は置換又は無置換の炭素数1~30のヒドロカルビル基であり、nはZの原子種に応じた1又は2の整数である。)
-Z(R1)n・・・(II)
(式中、Zは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、R1は置換又は無置換の炭素数1~30のヒドロカルビル基であり、nはZの原子種に応じた1又は2の整数である。)
[7] 前記極性オレフィンモノマーが、一般式(III)で表される化合物である、[1]~[6]のいずれかに記載の製造方法。
CH2=CH-R2-Z(R1)n・・・(III)
(式中、Z、R1、nは前記と同義であり、R2は置換又は無置換の炭素数2~20のヒドロカルビレン基である。)
CH2=CH-R2-Z(R1)n・・・(III)
(式中、Z、R1、nは前記と同義であり、R2は置換又は無置換の炭素数2~20のヒドロカルビレン基である。)
[8] 一般式(III)で表される極性オレフィンモノマーの重合体であって、シンジオタクチシティーがペンタッド表示で60rrrr%以上である、極性オレフィン重合体。
CH2=CH-R2-Z(R1)n・・・(III)
(式中、Zは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、R1は置換又は無置換の炭素数1~30のヒドロカルビル基であり、nはZの原子種に応じた1又は2の整数であり、R2は置換又は無置換の炭素数2~20のヒドロカルビレン基である。)
CH2=CH-R2-Z(R1)n・・・(III)
(式中、Zは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、R1は置換又は無置換の炭素数1~30のヒドロカルビル基であり、nはZの原子種に応じた1又は2の整数であり、R2は置換又は無置換の炭素数2~20のヒドロカルビレン基である。)
[9] 非極性オレフィンモノマーと一般式(III)で表される極性オレフィンモノマーとの共重合体であって、全構造単位に対する極性オレフィン構造単位の割合が2mol%以上である、非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体。
CH2=CH-R2-Z(R1)n・・・(III)
(式中、Zは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、R1は置換又は無置換の炭素数1~30のヒドロカルビル基であり、nはZの原子種に応じた1又は2の整数であり、R2は置換又は無置換の炭素数2~20のヒドロカルビレン基である。)
CH2=CH-R2-Z(R1)n・・・(III)
(式中、Zは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、R1は置換又は無置換の炭素数1~30のヒドロカルビル基であり、nはZの原子種に応じた1又は2の整数であり、R2は置換又は無置換の炭素数2~20のヒドロカルビレン基である。)
[10] 前記全構造単位に対する極性オレフィン構造単位の割合が20mol%以上である、[9]に記載の非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体。
[11] 前記共重合体の数平均分子量が、2.0×103以上である、[9]又は[10]に記載の非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体。
[12] 前記共重合体が、非極性オレフィンモノマーと一般式(IV)で表される極性オレフィンモノマーとの共重合体である、[9]~[11]のいずれかに記載の非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体。
[11] 前記共重合体の数平均分子量が、2.0×103以上である、[9]又は[10]に記載の非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体。
[12] 前記共重合体が、非極性オレフィンモノマーと一般式(IV)で表される極性オレフィンモノマーとの共重合体である、[9]~[11]のいずれかに記載の非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体。
(式中、Z、R1、nは前記と同義であり、R3は炭素数1~5のヒドロカルビレン基で
あり、R4はハロゲン原子、炭素数1~10のヒドロカルビル基、炭素数1~10のアルキルチオ基、炭素数1~10のアルキルアミノ基、又は、炭素数1~10のアルコキシ基であり、R4がヒドロカルビル基であるときは結合して縮合環を形成していてもよく、mは0~4の整数である。)
あり、R4はハロゲン原子、炭素数1~10のヒドロカルビル基、炭素数1~10のアルキルチオ基、炭素数1~10のアルキルアミノ基、又は、炭素数1~10のアルコキシ基であり、R4がヒドロカルビル基であるときは結合して縮合環を形成していてもよく、mは0~4の整数である。)
本発明によれば、非極性オレフィンの重合体(例えば、非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体)の新規な製造方法を提供することができる。本発明の製造方法によれば、共重合体における極性オレフィン構造単位の割合が高い、非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体を提供することができる。また、本発明の製造方法によれば、高分子量の非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体を提供することができる。さらに、本発明の製造方法によれば、シンジオタクチシティーが高い極性オレフィン重合体を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
本発明は、メタロセン錯体を含む重合触媒組成物を触媒として、極性オレフィンモノマーを重合させる重合工程(より詳細には、極性オレフィンモノマー単独を重合させる重合工程又は極性オレフィンモノマーと同極性オレフィンモノマーとは異なるモノマーを重合させる共重合工程)を含む、極性オレフィン重合体又は共重合体の製造方法に関する。本発明の製造方法に用いる重合触媒組成物は、メタロセン錯体とイオン性化合物を含む。また、その他の任意の成分を含んでいてもよい。
本発明は、メタロセン錯体を含む重合触媒組成物を触媒として、極性オレフィンモノマーを重合させる重合工程(より詳細には、極性オレフィンモノマー単独を重合させる重合工程又は極性オレフィンモノマーと同極性オレフィンモノマーとは異なるモノマーを重合させる共重合工程)を含む、極性オレフィン重合体又は共重合体の製造方法に関する。本発明の製造方法に用いる重合触媒組成物は、メタロセン錯体とイオン性化合物を含む。また、その他の任意の成分を含んでいてもよい。
<本発明の製造方法に用いる触媒組成物>
(メタロセン錯体)
メタロセン錯体は、以下の一般式(I)で表される錯体である。
(メタロセン錯体)
メタロセン錯体は、以下の一般式(I)で表される錯体である。
一般式(I)において、Mはメタロセン錯体における中心金属である。中心金属Mはスカンジウム(Sc)、及び、イットリウム(Y)から選択される。
一般式(I)においてCp*は、シクロペンタジエニル誘導体を含む配位子であり、中
心金属Mにπ結合している。シクロペンタジエニル誘導体とは、置換又は無置換のシクロペンタジエニル環のほか、置換又は無置換のシクロペンタジエニルを含む縮合環(インデニル環、フルオレニル環を含むがこれらに限定されない)などが挙げられる。
心金属Mにπ結合している。シクロペンタジエニル誘導体とは、置換又は無置換のシクロペンタジエニル環のほか、置換又は無置換のシクロペンタジエニルを含む縮合環(インデニル環、フルオレニル環を含むがこれらに限定されない)などが挙げられる。
置換又は無置換のシクロペンタジエニル環は、組成式C5H5-XRXで表される。ここでxは0~5の整数を表す。すなわち、x=0の場合は無置換のシクロペンタジエニル環、x=1~5の場合は置換シクロペンタジエニル環を示す。Rはそれぞれ独立して、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、またはヒドロカルビル基が置換したメタロイド基である。
前記ヒドロカルビル基は、好ましくは炭素数1~20のヒドロカルビル基であるが、より好ましくは炭素数1~20(好ましくは炭素数1~10、さらに好ましくは炭素数1~6)のアルキル基、フェニル基、ベンジル基などであり、最も好ましくはメチル基である。
前記置換ヒドロカルビル基におけるヒドロカルビル基は、前記したヒドロカルビル基と同様である。置換ヒドロカルビル基とは、ヒドロカルビル基の少なくとも1の水素原子が、ハロゲン原子、アミド基、ホスフィド基、アルコキシ基、またはアリールオキシ基などで置換されたヒドロカルビル基である。
前記ヒドロカルビル基が置換したメタロイド基におけるメタロイドは、ゲルミル(Ge)、スタニル(Sn)、シリル(Si)などが挙げられる。また、メタロイド基を置換したヒドロカルビル基は前記したヒドロカルビル基と同様であり、その置換数は、メタロイドの種類によって決定される(例えばシリル基の場合は、ヒドロカルビル基の置換数は3である)。
好ましくは、シクロペンタジエニル環のRの少なくとも一つが、ヒドロカルビル基が置換したメタロイド基(好ましくはシリル基)であり、より好ましくはトリメチルシリル基である。
配位子Cp*に含まれるシクロペンタジエニル誘導体は、置換又は無置換のインデニル
環(組成式:C9H7-xRx)または置換又は無置換のテトラヒドロインデニル環(組成式:C9H11-xRx)などでもよい。ここでRは前記したシクロペンタジエニル環のRと同様であり、Xは0~7または0~11の整数である。すなわち、x=0の場合は無置換のインデニル環又は無置換のテトラヒドロインデニル環、x=1~7又はx=1~11の場合は置換インデニル環又は置換テトラヒドロインデニル環を示す。
環(組成式:C9H7-xRx)または置換又は無置換のテトラヒドロインデニル環(組成式:C9H11-xRx)などでもよい。ここでRは前記したシクロペンタジエニル環のRと同様であり、Xは0~7または0~11の整数である。すなわち、x=0の場合は無置換のインデニル環又は無置換のテトラヒドロインデニル環、x=1~7又はx=1~11の場合は置換インデニル環又は置換テトラヒドロインデニル環を示す。
配位子Cp*に含まれるシクロペンタジエニル誘導体は、置換又は無置換のフルオレニ
ル環(組成式:C13H9-xRx)または置換又は無置換のオクタヒドロフルオレニル環(組成式:C13H17-xRx)などでもよい。ここでRは前記したシクロペンタジエニル環のRと同様であり、Xは0~9または0~17の整数である。すなわち、x=0の場合は無置換のフルオレニル環又は無置換のオクタヒドロフルオレニル環、x=1~9又はx=1~17の場合は置換フルオレニル環又は置換オクタヒドロフルオレニル環を示す。
ル環(組成式:C13H9-xRx)または置換又は無置換のオクタヒドロフルオレニル環(組成式:C13H17-xRx)などでもよい。ここでRは前記したシクロペンタジエニル環のRと同様であり、Xは0~9または0~17の整数である。すなわち、x=0の場合は無置換のフルオレニル環又は無置換のオクタヒドロフルオレニル環、x=1~9又はx=1~17の場合は置換フルオレニル環又は置換オクタヒドロフルオレニル環を示す。
なお、立体的に嵩高い極性オレフィンモノマーを重合反応に用いる場合や極性オレフィンモノマーのヘテロ原子及びオレフィンユニットと触媒の中心金属との相互作用が形成されにくい場合には、より立体的に嵩高くない錯体、例えばより立体的に嵩高くない無置換シクロペンタジエニル配位子を有する錯体を用いることも有用である。
好ましいシクロペンタジエニル誘導体としては、置換又は無置換のシクロペンタジエニル環、置換又は無置換のインデニル環、置換又は無置換のフルオレニル環が挙げられる。シクロペンタジエニル、テトラメチルシクロペンタジエニル、ペンタメチルシクロペンタジエニル、テトラメチル(トリメチルシリル)シクロペンタジエニル、インデニルが具体的に例示されるが、これらに限定されることはない。
本発明で用いる一般式(I)で表される錯体において、Q1及びQ2は、同一または異なるモノアニオン配位子(モノアニオン性配位子)である。モノアニオン配位子としては、1)ヒドリド、2)ハライド、3)置換もしくは無置換の、炭素数1~20のヒドロカルビル基、4)アルコキシ基もしくはアリールオキシ基、5)アミド基、または6)ホスフィノ基などが挙げられるがこれらに限定されない。
また、Q1及びQ2は互いに結合するか、あるいは一緒になって、いわゆるジアニオン性の配位子となっていてもよい。ジアニオン性の配位子としては、アルキリデン、ジエン、シクロメタル化されたヒドロカルビル基、または二座のキレート配位子などが挙げられる。
また、Q1及びQ2は互いに結合するか、あるいは一緒になって、いわゆるジアニオン性の配位子となっていてもよい。ジアニオン性の配位子としては、アルキリデン、ジエン、シクロメタル化されたヒドロカルビル基、または二座のキレート配位子などが挙げられる。
前記ハライドは、クロリド、ブロミド、フルオリド及びアイオダイドのいずれもでもよい。
前記炭素数1~20のヒドロカルビル基は、好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、イソブチル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、セチル基、2-エチルヘキシル基などのアルキル基、フェニル基、ベンジル基などの無置換ヒドロカルビル基のほか、置換ベンジル基やトリアルキルシリルメチル基、ビス(トリアルキルシリル)メチル基などの置換ヒドロカルビル基でもよい。好ましいヒドロカルビル基の例には、置換または無置換ベンジル基やトリアルキルシリルメチル基が含まれ、さらに好ましい例にはオルト-ジメチルアミノベンジル基やトリメチルシリルメチル基が含まれる。
前記アルコキシ基またはアリールオキシ基は、好ましくはメトキシ基、置換または無置換のフェノキシ基などである。
前記アミド基は、好ましくはジメチルアミド基、ジエチルアミド基、メチルエチルアミド基、ジ-t-ブチルアミド基、ジイソプロピルアミド基、無置換または置換ジフェニル
アミド基などである。
前記ホスフィノ基は、好ましくはジフェニルホスフィノ基、ジシクロヘキシルホスフィノ基、ジエチルホスフィノ基、ジメチルホスフィノ基などである。
前記炭素数1~20のヒドロカルビル基は、好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、イソブチル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、セチル基、2-エチルヘキシル基などのアルキル基、フェニル基、ベンジル基などの無置換ヒドロカルビル基のほか、置換ベンジル基やトリアルキルシリルメチル基、ビス(トリアルキルシリル)メチル基などの置換ヒドロカルビル基でもよい。好ましいヒドロカルビル基の例には、置換または無置換ベンジル基やトリアルキルシリルメチル基が含まれ、さらに好ましい例にはオルト-ジメチルアミノベンジル基やトリメチルシリルメチル基が含まれる。
前記アルコキシ基またはアリールオキシ基は、好ましくはメトキシ基、置換または無置換のフェノキシ基などである。
前記アミド基は、好ましくはジメチルアミド基、ジエチルアミド基、メチルエチルアミド基、ジ-t-ブチルアミド基、ジイソプロピルアミド基、無置換または置換ジフェニル
アミド基などである。
前記ホスフィノ基は、好ましくはジフェニルホスフィノ基、ジシクロヘキシルホスフィノ基、ジエチルホスフィノ基、ジメチルホスフィノ基などである。
前記アルキリデンは、好ましくはメチリデン、エチリデン、プロピリデンなどである。
前記シクロメタル化されたヒドロカルビル基は、好ましくはプロピレン、ブチレン、ペンチレン、へキシレン、オクチレンなどである。
前記ジエンは、好ましくは1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、1,4-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、1,4-ヘキサジエン、1,5-ヘキサジエン、2,4-ジメチル-1,3-ペンタジエン、2-メチル-1,3-ヘキサジエン、2,4-ヘキサジエンなどである。
前記シクロメタル化されたヒドロカルビル基は、好ましくはプロピレン、ブチレン、ペンチレン、へキシレン、オクチレンなどである。
前記ジエンは、好ましくは1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、1,4-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、1,4-ヘキサジエン、1,5-ヘキサジエン、2,4-ジメチル-1,3-ペンタジエン、2-メチル-1,3-ヘキサジエン、2,4-ヘキサジエンなどである。
本発明で用いる一般式(I)で表される錯体において、Lは中性ルイス塩基である。中性ルイス塩基としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジメチルアニリン、トリメチルホスフィン、塩化リチウムなどが挙げられる。
また、LはQ1及び/又はQ2と結合して、いわゆる多座配位子となっていてもよい。
また、LはQ1及び/又はQ2と結合して、いわゆる多座配位子となっていてもよい。
一般式(I)におけるLWのwは、中性ルイス塩基Lの個数を表す。wは0~3の整数であり、好ましくは0~1である。
本発明に用いるメタロセン錯体は、既述の方法、例えば(1) X. Li, M. Nishiura, K.
Mori, T. Mashiko, Z. Hou, Chem. Commun. 4137-4139 (2007)、(2) M. Nishiura, J. Baldamus, T. Shima, K. Mori, Z. Hou, Chem. Eur. J. 17, 5033-5044 (2011).、(3) F. Guo, M. Nishiura, H. Koshino, Z. Hou, Macromolecules. 44, 6335-6344 (2011).、(4)
参考文献:Tardif, O.; Nishiura, M.; Hou, Z. M. Organometallics 22, 1171, (2003).、(5) 参考文献:Hultzsch, K. C.; Spaniol, T. P.; Okuda, J. Angew. Chem. Int. Ed, 38, 227, (1999).、(6)特許文献1:国際公開第WO2006/004068号パンフ
レット、(7)参考文献:日本国公開特許公報 特開2008-222780号や、(8)参考文献:日本国公開特許公報 特開2008-095008号に記載された方法に従って合成することができる。
Mori, T. Mashiko, Z. Hou, Chem. Commun. 4137-4139 (2007)、(2) M. Nishiura, J. Baldamus, T. Shima, K. Mori, Z. Hou, Chem. Eur. J. 17, 5033-5044 (2011).、(3) F. Guo, M. Nishiura, H. Koshino, Z. Hou, Macromolecules. 44, 6335-6344 (2011).、(4)
参考文献:Tardif, O.; Nishiura, M.; Hou, Z. M. Organometallics 22, 1171, (2003).、(5) 参考文献:Hultzsch, K. C.; Spaniol, T. P.; Okuda, J. Angew. Chem. Int. Ed, 38, 227, (1999).、(6)特許文献1:国際公開第WO2006/004068号パンフ
レット、(7)参考文献:日本国公開特許公報 特開2008-222780号や、(8)参考文献:日本国公開特許公報 特開2008-095008号に記載された方法に従って合成することができる。
(イオン性化合物)
前記したように、本発明の製造方法に用いる触媒組成物はイオン性化合物を含む。ここでイオン性化合物とは、非配位性アニオンとカチオンからなるイオン性化合物を含む。該イオン性化合物は、前記したメタロセン錯体と組み合わされることにより、前記メタロセン錯体に重合触媒としての活性を発揮させる。そのメカニズムとして、イオン性化合物が、メタロセン錯体と反応し、カチオン性の錯体(活性種)を生成させると考えることができる。
前記したように、本発明の製造方法に用いる触媒組成物はイオン性化合物を含む。ここでイオン性化合物とは、非配位性アニオンとカチオンからなるイオン性化合物を含む。該イオン性化合物は、前記したメタロセン錯体と組み合わされることにより、前記メタロセン錯体に重合触媒としての活性を発揮させる。そのメカニズムとして、イオン性化合物が、メタロセン錯体と反応し、カチオン性の錯体(活性種)を生成させると考えることができる。
イオン性化合物の構成成分である非配位性アニオンとしては、例えば、4価のホウ素アニオンが好ましく、テトラ(フェニル)ボレート、テトラキス(モノフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ジフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(トリフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(トリフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(テトラフルオロメチルフェニル)ボレート、テトラ(トリル)ボレート、テトラ(キシリル)ボレート、(トリフェニル,ペンタフルオロフェニル)ボレート、[トリス(ペンタフルオロフェニル),フェニル]ボレート、トリデカハイドライド-7,8-ジカルバウンデカボレートなどが挙げられる。
これらの非配位性アニオンのうち、好ましくはテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートである。
イオン性化合物の構成成分であるカチオンの例には、カルボニウムカチオン、オキソニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、シクロヘプタトリエニルカチオン、遷移金属を有するフェロセニウムカチオンなどが含まれる。
カルボニウムカチオンの具体例には、トリフェニルカルボニウムカチオン、トリ置換フェニルカルボニウムカチオンなどの三置換カルボニウムカチオンが含まれる。トリ置換フェニルカルボニウムカチオンの具体例には、トリ(メチルフェニル)カルボニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)カルボニウムカチオンが含まれる。
アンモニウムカチオンの具体例には、トリメチルアンモニウムカチオン、トリエチルアンモニウムカチオン、トリプロピルアンモニウムカチオン、トリブチルアンモニウムカチオン、トリ(n-ブチル)アンモニウムカチオンなどのトリアルキルアンモニウムカチオン、N,N-ジメチルアニリニウムカチオン、N,N-ジエチルアニリニウムカチオン、N,N-2,4,6-ペンタメチルアニリニウムカチオンなどのN,N-ジアルキルアニリニウムカチオン、ジ(イソプロピル)アンモニウムカチオン、ジシクロヘキシルアンモニウムカチオンなどのジアルキルアンモニウムカチオンが含まれる。
ホスホニウムカチオンの具体例には、トリフェニルホスホニウムカチオン、トリ(メチルフェニル)ホスホニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムカチオンなどのトリアリールホスホニウムカチオンが含まれる。
カルボニウムカチオンの具体例には、トリフェニルカルボニウムカチオン、トリ置換フェニルカルボニウムカチオンなどの三置換カルボニウムカチオンが含まれる。トリ置換フェニルカルボニウムカチオンの具体例には、トリ(メチルフェニル)カルボニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)カルボニウムカチオンが含まれる。
アンモニウムカチオンの具体例には、トリメチルアンモニウムカチオン、トリエチルアンモニウムカチオン、トリプロピルアンモニウムカチオン、トリブチルアンモニウムカチオン、トリ(n-ブチル)アンモニウムカチオンなどのトリアルキルアンモニウムカチオン、N,N-ジメチルアニリニウムカチオン、N,N-ジエチルアニリニウムカチオン、N,N-2,4,6-ペンタメチルアニリニウムカチオンなどのN,N-ジアルキルアニリニウムカチオン、ジ(イソプロピル)アンモニウムカチオン、ジシクロヘキシルアンモニウムカチオンなどのジアルキルアンモニウムカチオンが含まれる。
ホスホニウムカチオンの具体例には、トリフェニルホスホニウムカチオン、トリ(メチルフェニル)ホスホニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムカチオンなどのトリアリールホスホニウムカチオンが含まれる。
これらのカチオンのうち、好ましくはアニリニウムカチオンまたはカルボニウムカチオンであり、さらに好ましくはトリフェニルカルボニウムカチオンが挙げられる。
すなわち、本発明の触媒組成物に含まれるイオン性化合物は、前記した非配位性アニオンおよびカチオンからそれぞれ選ばれるものを組み合わせたものであり得る。
好ましくは、トリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルカルボニウムテトラキス(テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、1,1’-ジメチルフェロセニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどが例示される。イオン性化合物は1種を用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
好ましくは、トリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルカルボニウムテトラキス(テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、1,1’-ジメチルフェロセニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどが例示される。イオン性化合物は1種を用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのイオン性化合物のうち、特に好ましいものは、トリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどが挙げられる。
また、遷移金属化合物と反応してカチオン性遷移金属化合物を生成させることができるルイス酸である、B(C6F5)3、Al(C6F5)3などをイオン性化合物として用いてもよく、これらを前記のイオン性化合物と組み合わせて用いてもよい。
さらに、アルキルアルミ化合物(アルミノオキサン、好ましくはMAOまたはMMAO)、またはアルキルアルミ化合物とボレート化合物の組み合わせも、イオン性化合物として用いることができ、また他のイオン性化合物と組み合わせて用いてもよい。特に、前記した本発明で用いる錯体(一般式(I))のモノアニオン配位子Qが、アルキルまたはヒドリド以外である場合(例えばハロゲンである場合)は、アルキルアルミ化合物、またはアルキルアルミ化合物とボレート化合物の組み合わせを用いることが好ましいと考えられる。
さらに、アルキルアルミ化合物(アルミノオキサン、好ましくはMAOまたはMMAO)、またはアルキルアルミ化合物とボレート化合物の組み合わせも、イオン性化合物として用いることができ、また他のイオン性化合物と組み合わせて用いてもよい。特に、前記した本発明で用いる錯体(一般式(I))のモノアニオン配位子Qが、アルキルまたはヒドリド以外である場合(例えばハロゲンである場合)は、アルキルアルミ化合物、またはアルキルアルミ化合物とボレート化合物の組み合わせを用いることが好ましいと考えられる。
(触媒組成物に含まれるその他の任意成分)
本発明の製造方法に用いる触媒組成物は、メタロセン錯体及びイオン性化合物以外にも、任意の成分を含むことができる。任意の成分とは、アルキルアルミ化合物、シラン化合物、水素などが挙げられる。
アルキルアルミ化合物とは、通常、メタロセン重合触媒で用いられるアルミノオキサン(アルモキサン)と称される有機アルミニウム化合物を含む。例えば、メチルアルミノキ
サン(MAO)などが挙げられる。
シラン化合物とは、フェニルシランなどが挙げられる。
本発明の製造方法に用いる触媒組成物は、メタロセン錯体及びイオン性化合物以外にも、任意の成分を含むことができる。任意の成分とは、アルキルアルミ化合物、シラン化合物、水素などが挙げられる。
アルキルアルミ化合物とは、通常、メタロセン重合触媒で用いられるアルミノオキサン(アルモキサン)と称される有機アルミニウム化合物を含む。例えば、メチルアルミノキ
サン(MAO)などが挙げられる。
シラン化合物とは、フェニルシランなどが挙げられる。
(触媒組成物)
前記の通り、本発明の製造方法に用いる触媒組成物は前記メタロセン錯体とイオン性化合物を含むことを特徴とする。本発明の触媒組成物において、イオン性化合物のメタロセン錯体に対するモル比率は、錯体とイオン性化合物の種類によって異なる。
前記モル比率は、例えば、イオン性化合物がカルボニウムカチオンとホウ素アニオンからなるもの(例えば[Ph3C][B(C6F5)4])である場合は、メタロセン錯体の中心金属に対して0.5~1であることが好ましく、メチルアルミノキサンなどのアルキルアルミ化合物である場合は、メタロセン錯体の中心金属に対して10~4000程度であることが好ましい。
イオン性化合物は、メタロセン錯体をイオン化、即ちカチオン化させて、触媒活性種とすると考えられ、上記した比率の範囲内であれば、十分にメタロセン錯体を活性化することができ、かつ、カルボニウムカチオンとホウ素アニオンからなるイオン性化合物が過剰にならず、重合反応させるべきモノマーとの所望しない反応を起こす恐れを低減できる。
前記の通り、本発明の製造方法に用いる触媒組成物は前記メタロセン錯体とイオン性化合物を含むことを特徴とする。本発明の触媒組成物において、イオン性化合物のメタロセン錯体に対するモル比率は、錯体とイオン性化合物の種類によって異なる。
前記モル比率は、例えば、イオン性化合物がカルボニウムカチオンとホウ素アニオンからなるもの(例えば[Ph3C][B(C6F5)4])である場合は、メタロセン錯体の中心金属に対して0.5~1であることが好ましく、メチルアルミノキサンなどのアルキルアルミ化合物である場合は、メタロセン錯体の中心金属に対して10~4000程度であることが好ましい。
イオン性化合物は、メタロセン錯体をイオン化、即ちカチオン化させて、触媒活性種とすると考えられ、上記した比率の範囲内であれば、十分にメタロセン錯体を活性化することができ、かつ、カルボニウムカチオンとホウ素アニオンからなるイオン性化合物が過剰にならず、重合反応させるべきモノマーとの所望しない反応を起こす恐れを低減できる。
<本発明の極性オレフィン重合体又は共重合体の製造方法>
上記の触媒組成物を重合触媒組成物として用いて、極性オレフィンモノマーを重合させ、極性オレフィン重合体又は共重合体を製造することができる。
例えば、1)各構成成分(メタロセン錯体およびイオン性化合物など)を含む組成物を重合反応系中に提供する、あるいは2)各構成成分を別個に重合反応系中に提供し、反応系中において組成物を構成させることにより、重合触媒組成物として用いることができる。
上記1)において、「組成物として提供する」とは、イオン性化合物との反応により活性化されたメタロセン錯体(活性種)を提供することを含む。
上記の触媒組成物を重合触媒組成物として用いて、極性オレフィンモノマーを重合させ、極性オレフィン重合体又は共重合体を製造することができる。
例えば、1)各構成成分(メタロセン錯体およびイオン性化合物など)を含む組成物を重合反応系中に提供する、あるいは2)各構成成分を別個に重合反応系中に提供し、反応系中において組成物を構成させることにより、重合触媒組成物として用いることができる。
上記1)において、「組成物として提供する」とは、イオン性化合物との反応により活性化されたメタロセン錯体(活性種)を提供することを含む。
本発明の製造方法に用いる触媒組成物は、種々のモノマーの重合反応における重合触媒組成物として用いることができる。特に、付加重合性を有するモノマー化合物の重合反応を触媒することが可能である。
このうち、本発明の製造方法は、特定の中心金属を有するメタロセン錯体を含む触媒組成物を用いた、非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体の製造方法、極性オレフィンの(共)重合体の製造方法に関する。
このうち、本発明の製造方法は、特定の中心金属を有するメタロセン錯体を含む触媒組成物を用いた、非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体の製造方法、極性オレフィンの(共)重合体の製造方法に関する。
(極性オレフィンモノマー)
本発明の製造方法に用いられる極性オレフィンモノマーは、極性基を含有する極性オレフィンモノマーである。好ましくは、以下の一般式(II)で表される極性基を含有する、極性オレフィンモノマーである。
-Z(R1)n・・・(II)
一般式(II)におけるZは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、R1は置換又は無置換の炭素数1~30のヒドロカルビル基であり、nはZの原子種に応じた1又は2の整数である。
本発明の製造方法に用いられる極性オレフィンモノマーは、極性基を含有する極性オレフィンモノマーである。好ましくは、以下の一般式(II)で表される極性基を含有する、極性オレフィンモノマーである。
-Z(R1)n・・・(II)
一般式(II)におけるZは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、R1は置換又は無置換の炭素数1~30のヒドロカルビル基であり、nはZの原子種に応じた1又は2の整数である。
上記したとおり、本発明の製造方法において、極性オレフィンモノマーにおけるヘテロ原子と触媒の中心金属とが相互作用し、分子内キレートを形成することにより、触媒とオレフィンユニットとの相互作用を促進し、極性オレフィンモノマーの重合活性を促進し、また、独自の立体選択性を発揮するものと考えられる。
上記一般式(II)におけるR1は、極性オレフィンモノマーの極性基におけるヘテロ原子とオレフィンユニット、及び、触媒の中心金属との重合反応における分子内相互作用
が形成される限り、限定されない。通常、R1は、置換又は無置換の炭素数1~30のヒドロカルビル基であり、好ましくは炭素数1~20、炭素数1~10、炭素数1~6の直鎖状、分岐鎖状、環状アルキル基、直鎖状、分岐鎖状アルケニル基、又は、直鎖状、分岐鎖状アルキニル基;炭素数1~10のアルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基で置換された環状アルキル基(ここで置換基であるアルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基の数及び環状アルキル基における置換位置は特に限定されない);アリール基;炭素数1~10のアルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基で置換されたアリール基(ここで置換基であるアルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基の数及びアリール基における置換位置は特に限定されない)である。ここで、環状アルキル基又はアリール基は、飽和又は不飽和の縮合環を形成していてもよい。
が形成される限り、限定されない。通常、R1は、置換又は無置換の炭素数1~30のヒドロカルビル基であり、好ましくは炭素数1~20、炭素数1~10、炭素数1~6の直鎖状、分岐鎖状、環状アルキル基、直鎖状、分岐鎖状アルケニル基、又は、直鎖状、分岐鎖状アルキニル基;炭素数1~10のアルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基で置換された環状アルキル基(ここで置換基であるアルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基の数及び環状アルキル基における置換位置は特に限定されない);アリール基;炭素数1~10のアルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基で置換されたアリール基(ここで置換基であるアルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基の数及びアリール基における置換位置は特に限定されない)である。ここで、環状アルキル基又はアリール基は、飽和又は不飽和の縮合環を形成していてもよい。
前記置換ヒドロカルビル基におけるヒドロカルビル基は、前記したヒドロカルビル基と同様である。置換ヒドロカルビル基とは、ヒドロカルビル基の少なくとも1の水素原子が、ハロゲン原子などで置換されたヒドロカルビル基である。
本発明の製造方法に用いられる極性オレフィンモノマーは、好ましくは一般式(III)で表される化合物である。
CH2=CH-R2-Z(R1)n・・・(III)
一般式(III)におけるZ、R1、nは、一般式(II)において説明された定義と同義である。R2は上記極性オレフィンモノマーにおいて、極性基とオレフィン部とをつなぐスペーサーの役割を果たす。R2は、極性オレフィンモノマーの極性基におけるヘテロ原子とオレフィンユニット、及び、触媒の中心金属との重合反応における分子内相互作用が形成される限り、限定されない。分子内相互作用形成の観点から、R2は炭素数2~20であることが好ましい。また、R2の炭素数はZが示すヘテロ原子の種類、R1が示す置換基の種類などに応じて、重合活性等を指標とし、ヘテロ原子とオレフィンユニット、及び、触媒の中心金属との重合反応における分子内相互作用の形成に適した炭素数を選択することができる。通常、R2は、炭素数2~11のヒドロカルビレン基である。より好ましくは、炭素数2~3の直鎖状、分岐鎖状アルキレン基;炭素数3~11の環状アルキレン基;炭素数6~11のアリーレン基;炭素数7~11のアラルキレン基である。R2の置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1~10のヒドロカルビル基、炭素数1~10のアルキルチオ基、炭素数1~10のアルキルアミノ基又は、炭素数1~10のアルコキシ基等が挙げられる。
CH2=CH-R2-Z(R1)n・・・(III)
一般式(III)におけるZ、R1、nは、一般式(II)において説明された定義と同義である。R2は上記極性オレフィンモノマーにおいて、極性基とオレフィン部とをつなぐスペーサーの役割を果たす。R2は、極性オレフィンモノマーの極性基におけるヘテロ原子とオレフィンユニット、及び、触媒の中心金属との重合反応における分子内相互作用が形成される限り、限定されない。分子内相互作用形成の観点から、R2は炭素数2~20であることが好ましい。また、R2の炭素数はZが示すヘテロ原子の種類、R1が示す置換基の種類などに応じて、重合活性等を指標とし、ヘテロ原子とオレフィンユニット、及び、触媒の中心金属との重合反応における分子内相互作用の形成に適した炭素数を選択することができる。通常、R2は、炭素数2~11のヒドロカルビレン基である。より好ましくは、炭素数2~3の直鎖状、分岐鎖状アルキレン基;炭素数3~11の環状アルキレン基;炭素数6~11のアリーレン基;炭素数7~11のアラルキレン基である。R2の置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1~10のヒドロカルビル基、炭素数1~10のアルキルチオ基、炭素数1~10のアルキルアミノ基又は、炭素数1~10のアルコキシ基等が挙げられる。
一般式(III)で表される化合物の一形態は、一般式(IV)で表される化合物である。
一般式(IV)におけるZ、R1、nは、一般式(II)において説明された定義と同義である。一般式(IV)におけるZは、好ましくは酸素である。一般式(IV)におけるR1は、好ましくは炭素数1~3の直鎖状、分岐鎖状、環状アルキル基である。
芳香環における-Z(R1)nの結合位置は限定されないが、好ましくはo位である。
芳香環における-Z(R1)nの結合位置は限定されないが、好ましくはo位である。
通常、R3は炭素数1~5のヒドロカルビレン基である。より好ましくは、炭素数1~3の直鎖状、分岐鎖状アルキレン基;炭素数3~5の環状アルキレン基である。
芳香環の置換基であるR4はハロゲン原子、炭素数1~10のヒドロカルビル基、炭素数1~10のアルキルチオ基、炭素数1~10のアルキルアミノ基又は、炭素数1~10のアルコキシ基であり、R4がヒドロカルビル基であるときは結合して、飽和、不飽和又はヘテロ縮合環を形成していてもよい。芳香環におけるR4の置換位置は限定されないが、好ましくはm位である。mは0~4の整数である。より好ましくは、mは0~2である
。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。炭素数1~10のヒドロカルビル基として、より好ましくは、炭素数1~6の直鎖状、分岐鎖状アルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基であり、さらに好ましくは、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基などが挙げられる。炭素数
1~10のアルキルチオ基として、より好ましくは、炭素数1~6のアルキルチオ基であり、メチルチオ基、エチルチオ基、n-プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、n-ブチルチオ基、イソブチルチオ基、sec-ブチルチオ基、tert-ブチルチオ基、n-ペンチルチオ基、n-ヘキシルチオ基などが挙げられる。炭素数1~10のアルキルアミノ基として、より好
ましくは、炭素数1~6のアルキルアミノ基である。アルキルアミノ基はジアルキルアミノ基がよく、アミノ基を置換するアルキルは同一又は異なるアルキルであってよい。アルキルアミノ基として、さらに好ましくは、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジn-プロピルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジn-ブチルアミノ基、ジイソブチルアミノ基、ジsec-ブチルアミノ基、ジtert-ブチルアミノ基などのジアルキルアミノ基が挙げられ
る。炭素数1~10のアルコキシ基として、より好ましくは、炭素数1~3のアルコキシ基であり、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などが挙げられる。R4が互いに結合し、R4が置換する芳香環と縮合し形成される不飽和縮合環としては、ナフタレン環などが挙げられる。R4が互いに結合し、R4が置換する芳香環と縮合し形成されるヘテロ縮合環としては、インドール環、イソインドール環、キノリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、アクリジン環、ベンゾフラン環、ベンゾピラン環、ベンゾチオフェン環などが挙げられる。縮合環は1~6個の置換基を有していてもよく、置換基としては上記R4と同様である。
。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。炭素数1~10のヒドロカルビル基として、より好ましくは、炭素数1~6の直鎖状、分岐鎖状アルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基であり、さらに好ましくは、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基などが挙げられる。炭素数
1~10のアルキルチオ基として、より好ましくは、炭素数1~6のアルキルチオ基であり、メチルチオ基、エチルチオ基、n-プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、n-ブチルチオ基、イソブチルチオ基、sec-ブチルチオ基、tert-ブチルチオ基、n-ペンチルチオ基、n-ヘキシルチオ基などが挙げられる。炭素数1~10のアルキルアミノ基として、より好
ましくは、炭素数1~6のアルキルアミノ基である。アルキルアミノ基はジアルキルアミノ基がよく、アミノ基を置換するアルキルは同一又は異なるアルキルであってよい。アルキルアミノ基として、さらに好ましくは、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジn-プロピルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジn-ブチルアミノ基、ジイソブチルアミノ基、ジsec-ブチルアミノ基、ジtert-ブチルアミノ基などのジアルキルアミノ基が挙げられ
る。炭素数1~10のアルコキシ基として、より好ましくは、炭素数1~3のアルコキシ基であり、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などが挙げられる。R4が互いに結合し、R4が置換する芳香環と縮合し形成される不飽和縮合環としては、ナフタレン環などが挙げられる。R4が互いに結合し、R4が置換する芳香環と縮合し形成されるヘテロ縮合環としては、インドール環、イソインドール環、キノリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、アクリジン環、ベンゾフラン環、ベンゾピラン環、ベンゾチオフェン環などが挙げられる。縮合環は1~6個の置換基を有していてもよく、置換基としては上記R4と同様である。
一般式(IV)で表される化合物の具体例には、2-アリル-4-フルオロアニソール、2-
アリル-4,5-ジフルオロアニソール、2-アリル-4-メチルアニソール、2-アリル-4-tert-ブチルアニソール、2-アリル-4-へキシルアニソール、2-アリル-4-メトキシアニソール、3-(2-メトキシ-1-ナフチル)-1-プロピレンなどの置換2-アリルアニソール(以下、「APR」とも称する);無置換の2-アリルアニソール(3-(2-アニシル)-1-プロピレン)(以下
、「AP」とも称する);などが挙げられるが、これらに限定されない。
アリル-4,5-ジフルオロアニソール、2-アリル-4-メチルアニソール、2-アリル-4-tert-ブチルアニソール、2-アリル-4-へキシルアニソール、2-アリル-4-メトキシアニソール、3-(2-メトキシ-1-ナフチル)-1-プロピレンなどの置換2-アリルアニソール(以下、「APR」とも称する);無置換の2-アリルアニソール(3-(2-アニシル)-1-プロピレン)(以下
、「AP」とも称する);などが挙げられるが、これらに限定されない。
(共)重合反応に用いられる極性モノマーは単独でもよく、2種類以上を用いてもよい。
(非極性オレフィンモノマー)
本発明の製造方法に用いられる非極性オレフィンモノマーは、付加重合性があり、極性オレフィンモノマーと共重合可能なものであれば、特に制限されず、例えばエチレン、α-オレフィン、置換および無置換スチレン、ジエン、炭素数3~20の環状オレフィン(2-ノルボルネンやジシクロペンタジエンなどのノルボルネン類やシクロヘキサジエンを含む)などが挙げられる。
α-オレフィンとして具体的には、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン
、1-オクタデセン、1-エイコセンのような炭素数3~20の直鎖状α-オレフィンや、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ブテンのような炭素数4~20の分岐鎖状α-オレフィンなどが挙げられる。
オレフィン系モノマーであるジエンの例には、1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、1,4-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、1,4-ヘキサジエン、1,5-ヘキサジエン、2,4-ヘキサジエンのような炭素数3~20の直鎖状ジエン、2-メチ
ル-1,3-ブタジエン、2,4-ジメチル-1,3-ペンタジエン、2-メチル-1,3-ヘキサジエンのような炭素数4~20の分岐鎖状ジエン、シクロヘキサジエンのような炭素数4~20の環状ジエンなどが含まれる。
本発明の製造方法に用いられる非極性オレフィンモノマーは、付加重合性があり、極性オレフィンモノマーと共重合可能なものであれば、特に制限されず、例えばエチレン、α-オレフィン、置換および無置換スチレン、ジエン、炭素数3~20の環状オレフィン(2-ノルボルネンやジシクロペンタジエンなどのノルボルネン類やシクロヘキサジエンを含む)などが挙げられる。
α-オレフィンとして具体的には、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン
、1-オクタデセン、1-エイコセンのような炭素数3~20の直鎖状α-オレフィンや、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ブテンのような炭素数4~20の分岐鎖状α-オレフィンなどが挙げられる。
オレフィン系モノマーであるジエンの例には、1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、1,4-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、1,4-ヘキサジエン、1,5-ヘキサジエン、2,4-ヘキサジエンのような炭素数3~20の直鎖状ジエン、2-メチ
ル-1,3-ブタジエン、2,4-ジメチル-1,3-ペンタジエン、2-メチル-1,3-ヘキサジエンのような炭素数4~20の分岐鎖状ジエン、シクロヘキサジエンのような炭素数4~20の環状ジエンなどが含まれる。
共重合反応に用いられる非極性オレフィンモノマーは単独でもよく、2種類以上を用いてもよい。
極性オレフィンモノマー、非極性オレフィンモノマーは、有機化学分野における常法に基づき、合成したものを使用できる。また、市販されているものを使用してもよい。
<本発明の極性オレフィン重合体及び共重合体>
本発明の製造方法によれば、共重合体における極性オレフィン構造単位の割合が高い(極性オレフィン構造単位の割合が、モル比率で、20mol%以上であるのが好ましく、より好ましくは30mol%以上、40mol%以上、50mol%以上、60mol%以上、70mol%以上、又は80mol%以上含む。)、非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体を提供することができる。また、本発明の製造方法によれば、高分子量の非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体を提供することができる。
すなわち、本発明の一態様は、非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体であって、共重合体における極性オレフィン構造単位の割合が高いことを特徴とする。また、非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体は、高分子量であることを特徴とする(以下、「本発明の共重合体」と称することがある)。
本発明の製造方法によれば、共重合体における極性オレフィン構造単位の割合が高い(極性オレフィン構造単位の割合が、モル比率で、20mol%以上であるのが好ましく、より好ましくは30mol%以上、40mol%以上、50mol%以上、60mol%以上、70mol%以上、又は80mol%以上含む。)、非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体を提供することができる。また、本発明の製造方法によれば、高分子量の非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体を提供することができる。
すなわち、本発明の一態様は、非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体であって、共重合体における極性オレフィン構造単位の割合が高いことを特徴とする。また、非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体は、高分子量であることを特徴とする(以下、「本発明の共重合体」と称することがある)。
さらに、本発明の製造方法によれば、シンジオタクチシティーが高い極性オレフィン重合体を提供することができる。すなわち、本発明の別の一態様は、極性オレフィン重合体であって、シンジオタクチシティーが高いことを特徴とする(以下、「本発明の重合体」と称することがある)。
(重合体)
本発明の重合体は、下記式(A)に示される、繰り返し単位を含む重合体である。式(A)で表される繰り返し単位は、通常は頭-尾(head-to tail)結合して繰り返されている。
本発明の重合体は、下記式(A)に示される、繰り返し単位を含む重合体である。式(A)で表される繰り返し単位は、通常は頭-尾(head-to tail)結合して繰り返されている。
式(A)におけるZ、R1、R2、nは、一般式(II)及び(III)において上記したZ、R1、R2、nと同様である。
本発明の重合体は、立体規則性のあるポリマーであり、高シンジオタクチックポリマーである。ここで高シンジオタクチックとは、隣り合う式(A)で表される繰り返し単位における-R2-Z(R1)nが、高分子主鎖がつくる平面に対して交互に配置している割合(この割合を「シンジオタクチシティー」と称する)が高いことを意味する。
本発明の重合体のシンジオタクチシティーは、ペンタッド表示で通常60rrrr%以上、好ましくは70rrrr%以上、80rrrr%以上、90rrrr%以上、92rrrr%以上、95rrrr%以上である。これらのシンジオタクチシティーは、本発明の重合体のNMR(特に13C-NMR)を測定して得られるデータから算出することができる。具体的には、R2上にある、ポリマー主鎖と結合したメチレン炭素に帰属されるピークの積分比により求めることができる。
本発明の重合体のシンジオタクチシティーは、ペンタッド表示で通常60rrrr%以上、好ましくは70rrrr%以上、80rrrr%以上、90rrrr%以上、92rrrr%以上、95rrrr%以上である。これらのシンジオタクチシティーは、本発明の重合体のNMR(特に13C-NMR)を測定して得られるデータから算出することができる。具体的には、R2上にある、ポリマー主鎖と結合したメチレン炭素に帰属されるピークの積分比により求めることができる。
本発明の重合体の分子量分布は任意であるが、本発明の製造方法によれば、重合体の分子量分布が比較的狭い重合体とすることもできる。ここで分子量分布は、GPC法(ポリスチレンを標準物質、THFを溶出液として、40℃で測定)などにより測定される値(Mw/Mn)であってよく、例えばGPC測定装置(TOSOH HLC 8320 GPC)を用いて測定することができる。
本発明の重合体の分子量分布は、通常Mw/Mn=5.0以下、好ましくは4.0以下、3.0以下である。
本発明の重合体の分子量分布は、通常Mw/Mn=5.0以下、好ましくは4.0以下、3.0以下である。
本発明の重合体の数平均分子量は任意であるが、本発明の製造方法によれば、重合体の数平均分子量が比較的高い重合体とすることもできる。数平均分子量(g/mol)は、極性オレフィンモノマー由来の構造単位の構造などによって変化するが、通常1.0×103以上、好ましくは10×103以上、50×103以上、100×103以上、500×103以上である。
本発明の重合体のガラス転移点(Tg)は極性オレフィンモノマー由来の構造単位の構造などによって変化し得る。ガラス転移点は特に制限されないが、通常-40~150℃程度、好ましくは-40~100℃程度である。ガラス転移点は示差走査熱量測定(DSC)法などにより測定することができる。
本発明の重合体が融点を有する場合は、極性オレフィンモノマー由来の構造単位の構造、その他によって変化するが、通常100℃以上、好ましくは110℃以上、120℃以上、130℃以上である。融点は、例えば、示差走査熱量測定(DSC)法により測定することができる。
本発明の重合体は、極性オレフィンモノマーの極性基による特長である、極性材料との接着性、相溶性などが有効に発揮され得る。また、本発明の重合体は高シンジオタクチックポリマーであるため、モノマーの構造によっては、比較的高い融点を有するポリマーを合成でき、耐熱性材料としての応用の点で有利である。
(共重合体)
本発明の共重合体について、非極性オレフィンモノマーがエチレンである共重合体を例に説明する。同共重合体は、下記式(A)で表される極性オレフィンモノマー由来の構造単位、及び式(B)で表されるエチレン由来の構造単位を有する共重合体である。
ここで式(A)におけるZ、R1、R2、nは、一般式(II)及び(III)において上記したZ、R1、R2、nと同様である。
本発明の共重合体について、非極性オレフィンモノマーがエチレンである共重合体を例に説明する。同共重合体は、下記式(A)で表される極性オレフィンモノマー由来の構造単位、及び式(B)で表されるエチレン由来の構造単位を有する共重合体である。
ここで式(A)におけるZ、R1、R2、nは、一般式(II)及び(III)において上記したZ、R1、R2、nと同様である。
本発明の共重合体において、上記式(A)及び式(B)で表される構造単位は、任意の順序に配列していればよい。すなわち、両者がランダムに配列してしてもよいし、何らかの規則性を持って配列(例えば、(A)および(B)の構造単位が交互に配列している、それぞれがある程度連続して配列している、その他の決まった順序に配列している)していてもよい。従って、本発明の共重合体は、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、その他の定序性共重合体であってもよい。本発明の共重合体は、好ましくは交互共重合体である。
ここで、交互共重合体は、主配列として(A)および(B)の構造単位が交互に配置された配列(以下、「交互(A)-(B)配列」とも称する)からなるが、副配列として、それぞれが2個~ある程度連続して配置された配列などを含む場合がある。本発明の共重合体は交互共重合体であって、共重合体の全配列中における交互(A)-(B)配列の割合がモル比率で、通常30mol%以上、好ましくは40mol%以上、50mol%以上、60mol%以上、70mol%以上含むものである。
該配列の割合は、例えば1H-NMR、13C-NMRなどにより測定することができる。具体的には、1H-NMRにより、1.0-1.5ppmのピークの積分比を比較することにより求めることができる。
該配列の割合は、例えば1H-NMR、13C-NMRなどにより測定することができる。具体的には、1H-NMRにより、1.0-1.5ppmのピークの積分比を比較することにより求めることができる。
本発明の共重合体に含まれる、式(A)の構造単位及び式(B)の構造単位の含有率は任意である。例えば、全構造単位のうち、式(A)の構造単位の割合をモル比率で、1~99mol%にすることができる。なお、本発明の製造方法によれば、共重合体における極性オレフィン構造単位の割合が比較的高い共重合体とすることもできる。ここで、共重合体における極性オレフィン構造単位の割合が高いとは、式(A)の構造単位をモル比率で、通常2mol%以上、好ましくは30mol%以上、40mol%以上、50mol%以上、60mol%以上、70mol%以上、80mol%以上含むことを意味する。
該構造単位の割合は、例えば1H-NMR、13C-NMRなどにより測定することができる。具体的には、1H-NMRにより、ヘテロ原子に隣接したメチレンまたはメチル水素と1-1.8ppmにある炭化水素との積分比を比較することにより求めることができ
る。該構造単位の割合は、共重合体の製造において、原料である各モノマーの比を調整することで制御される。
式(A)の構造単位の含有率が高くなると、極性オレフィンモノマーの極性基による特長である、極性材料との接着性、相溶性などが有効に発揮され得る。また、本発明の共重合体は高分子量化が可能であるため、絡み合い点が増加し、相溶性や接着性の向上が期待できる点で有利である。
該構造単位の割合は、例えば1H-NMR、13C-NMRなどにより測定することができる。具体的には、1H-NMRにより、ヘテロ原子に隣接したメチレンまたはメチル水素と1-1.8ppmにある炭化水素との積分比を比較することにより求めることができ
る。該構造単位の割合は、共重合体の製造において、原料である各モノマーの比を調整することで制御される。
式(A)の構造単位の含有率が高くなると、極性オレフィンモノマーの極性基による特長である、極性材料との接着性、相溶性などが有効に発揮され得る。また、本発明の共重合体は高分子量化が可能であるため、絡み合い点が増加し、相溶性や接着性の向上が期待できる点で有利である。
本発明の共重合体の分子量分布は任意であるが、本発明の製造方法によれば、共重合体の分子量分布が比較的狭い共重合体とすることもできる。ここで分子量分布は、GPC法(ポリスチレンを標準物質、1,2-ジクロロベンゼンを溶出液として、145℃で測定)などにより測定される値(Mw/Mn)であってよく、例えばGPC測定装置(TOSOH HLC 8321 GPC/HT)を用いて測定することができる。
本発明の共重合体の分子量分布は、通常は、その指標であるMw/Mnが5.0以下、好ましくは4.0以下、3.0以下である。
本発明の共重合体の分子量分布は、通常は、その指標であるMw/Mnが5.0以下、好ましくは4.0以下、3.0以下である。
本発明の共重合体の数平均分子量は任意であるが、本発明の製造方法によれば、共重合体の数平均分子量が比較的高い共重合体とすることもできる。数平均分子量(g/mol)は(非)極性オレフィンモノマー由来の構造単位の構造、極性オレフィンモノマー由来の構造単位と非極性オレフィンモノマー由来の構造単位の比率などにより変化するが、通常1.0×103以上、好ましくは2.0×103以上、10×103以上、50×103以上、80×103以上、100×103以上、150×103以上、200×103以上、250×103以上、300×103以上、350×103以上、400×103以上、450×103以上、500×103以上、1000×103以上である。
本発明の共重合体のガラス転移点(Tg)は極性オレフィンモノマー由来の構造単位の構造などによって変化し得る。ガラス転移点は特に制限されないが、通常-40~100℃程度である。ガラス転移点は示差走査熱量測定(DSC)法などにより測定することができる。
本発明の共重合体が融点を有する場合は、(非)極性オレフィンモノマー由来の構造単位の構造、極性オレフィンモノマー由来の構造単位と非極性オレフィンモノマー由来の構造単位の比率、その他によって変化するが、通常100℃以上、好ましくは110℃以上、120℃以上、130℃以上である。融点は、例えば、示差走査熱量測定(DSC)法により測定することができる。
<本発明の製造方法>
本発明の製造方法は、極性オレフィンモノマーと非極性オレフィンモノマーを、前記した本発明の製造方法に用いる重合触媒組成物を用いて重合(付加重合)させることを特徴とする。
本発明の製造方法は、極性オレフィンモノマーと非極性オレフィンモノマーを、前記した本発明の製造方法に用いる重合触媒組成物を用いて重合(付加重合)させることを特徴とする。
本発明の製造方法は、具体的には、例えば以下の手順により行うことができる。
1.本発明の製造方法に用いる触媒組成物を含む系(好ましくは液相)中に、重合性モノマーを供給して重合させる。ここでモノマーが液体であれば滴下することで供給することができ、気体であればガス管を通して供給(液相反応系であればバブリングなど)すればよい。
2.重合性モノマーを含む系(好ましくは液相)中に、本発明の製造方法に用いる触媒組成物を添加する、または触媒組成物の構成成分を別個に添加することで重合させる。添加される触媒組成物は、予め調製され(好ましくは液相中で調製され)、活性化されていてもよい(この場合は外気に触れないように、添加することが好ましい)。
1.本発明の製造方法に用いる触媒組成物を含む系(好ましくは液相)中に、重合性モノマーを供給して重合させる。ここでモノマーが液体であれば滴下することで供給することができ、気体であればガス管を通して供給(液相反応系であればバブリングなど)すればよい。
2.重合性モノマーを含む系(好ましくは液相)中に、本発明の製造方法に用いる触媒組成物を添加する、または触媒組成物の構成成分を別個に添加することで重合させる。添加される触媒組成物は、予め調製され(好ましくは液相中で調製され)、活性化されていてもよい(この場合は外気に触れないように、添加することが好ましい)。
また、該製造方法は、気相重合法、溶液重合法、懸濁重合法、液相塊状重合法、乳化重合法、固相重合法などの任意の方法であり得る。溶液重合法による場合、用いられる溶媒は重合反応において不活性であり、モノマー及び触媒を溶解させ得、触媒と相互作用をしない溶媒であれば特に限定されない。例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の飽和脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン等の飽和脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素;塩化メチレン、クロルベンゼン、ブロムベンゼン、クロルトルエン等のハロゲン化炭化水素が挙げられる。
また、生体に対する毒性を有さない溶媒が好ましい。具体的には、芳香族炭化水素、特にトルエンが好ましい。溶媒は1種を単独で用いてもよいが、2種以上組み合わせた混合溶媒を用いてもよい。
また、用いられる溶媒の量は任意であるが、例えば、重合触媒に含まれる錯体の濃度を1.0×10-5~1.0×10-1mol/Lとする量であることが好ましい。
また、生体に対する毒性を有さない溶媒が好ましい。具体的には、芳香族炭化水素、特にトルエンが好ましい。溶媒は1種を単独で用いてもよいが、2種以上組み合わせた混合溶媒を用いてもよい。
また、用いられる溶媒の量は任意であるが、例えば、重合触媒に含まれる錯体の濃度を1.0×10-5~1.0×10-1mol/Lとする量であることが好ましい。
重合反応に供するモノマーの量としては、製造する目的の(共)重合体に応じて適宜設定できるが、例えば、モノマーは、重合触媒組成物を構成するメタロセン錯体に対してモル比で100倍以上、200倍以上、500倍以上にすることが好ましい。
本発明の重合を溶液重合で行う場合の重合温度は、任意の温度、例えば-90~100℃の範囲で行いうる。重合させるモノマーの種類などに応じて適宜選択すればよいが、通常は、室温近辺、すなわち約25℃で行うことができる。
重合時間は数秒~数日程度であり、重合させるモノマーの種類などに応じて適宜選択すればよい。1時間以下、場合によっては1分以下であってもよい。
もっとも、これらの反応条件は、重合反応温度、モノマーの種類やモル量、触媒組成物の種類や量などに応じて、適宜選択することが可能であり、上記に例示した範囲に限定されることはない。
重合時間は数秒~数日程度であり、重合させるモノマーの種類などに応じて適宜選択すればよい。1時間以下、場合によっては1分以下であってもよい。
もっとも、これらの反応条件は、重合反応温度、モノマーの種類やモル量、触媒組成物の種類や量などに応じて、適宜選択することが可能であり、上記に例示した範囲に限定されることはない。
また、共重合体の製造については、
1) ランダム共重合体または交互共重合体であれば、2種類以上のモノマーの混合物を触媒組成物存在下で重合反応させることにより製造することができ、
2) ブロック共重合体であれば、各モノマーを、触媒組成物を含む反応系中に順番に供給することにより製造することができる。
1) ランダム共重合体または交互共重合体であれば、2種類以上のモノマーの混合物を触媒組成物存在下で重合反応させることにより製造することができ、
2) ブロック共重合体であれば、各モノマーを、触媒組成物を含む反応系中に順番に供給することにより製造することができる。
また、重合工程後に、例えば、精製工程、極性基におけるR1の脱離工程といった極性基の誘導工程などの任意の工程を行うことも可能である。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例の態様に限定されない。
以下、本発明を、実施例を参照してさらに詳細に説明するが、これらにより本発明の範囲が限定されることはない。
<メタロセン錯体>
実施例に使用したメタロセン錯体は、以下に示す文献に記載された方法に準じて合成した。
(1) X. Li, M. Nishiura, K. Mori, T. Mashiko, Z. Hou, Chem. Commun. 4137-4139 (2007)
(2) M. Nishiura, J. Baldamus, T. Shima, K. Mori, Z. Hou, Chem. Eur. J. 17, 5033-5044 (2011).
(3) F. Guo, M. Nishiura, H. Koshino, Z. Hou, Macromolecules. 44, 6335-6344 (2011).
実施例に使用したメタロセン錯体は、以下に示す文献に記載された方法に準じて合成した。
(1) X. Li, M. Nishiura, K. Mori, T. Mashiko, Z. Hou, Chem. Commun. 4137-4139 (2007)
(2) M. Nishiura, J. Baldamus, T. Shima, K. Mori, Z. Hou, Chem. Eur. J. 17, 5033-5044 (2011).
(3) F. Guo, M. Nishiura, H. Koshino, Z. Hou, Macromolecules. 44, 6335-6344 (2011).
実施例に使用したメタロセン錯体は以下のとおりである。
Sc-1 : (C5H5)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2
Sc-2 : (C5Me5)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2
Sc-3 : (C5HMe4)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2
Sc-4 : (C9H7)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2
Sc-5 : (C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2
Sc-6 : (C5Me4SiMe3)Sc(CH2SiMe3)2(THF)
Sc-7 : (C5H5)Sc(CH2SiMe3)2(THF)
実施例に使用したメタロセン錯体の構造を、図1に示す。
Sc-1 : (C5H5)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2
Sc-2 : (C5Me5)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2
Sc-3 : (C5HMe4)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2
Sc-4 : (C9H7)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2
Sc-5 : (C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2
Sc-6 : (C5Me4SiMe3)Sc(CH2SiMe3)2(THF)
Sc-7 : (C5H5)Sc(CH2SiMe3)2(THF)
実施例に使用したメタロセン錯体の構造を、図1に示す。
<イオン性化合物>
[Ph3C][B(C6F5)4] (97%)は、Strem Chemical Corporationより購入し、精製せずに用いた。
[Ph3C][B(C6F5)4] (97%)は、Strem Chemical Corporationより購入し、精製せずに用いた。
<モノマー>
すべてのα-オレフィンは、使用前に、Al(octyl)3(25 wt.% ヘキサン中)及びNaからの
蒸留により又はヘキサンからの再結晶により精製した。実施例に使用した極性モノマーの構造を、図2及び図33に示す。
すべてのα-オレフィンは、使用前に、Al(octyl)3(25 wt.% ヘキサン中)及びNaからの
蒸留により又はヘキサンからの再結晶により精製した。実施例に使用した極性モノマーの構造を、図2及び図33に示す。
<測定方法>
(NMR)
ポリマーのNMRデータは、Bruker AVANCE III HD 500 NMR (FT, 500 MHz: 1H; 125 MHz:
13C)スペクトロメーターにより、CD2Cl2 (26.8℃)又は1,1,2,2-C2D2Cl4 (120℃)を溶媒
として使用し、測定した。1H NMR測定は、内部標準としてテトラメチルシラン(TMS)を用
いて行い、各種溶媒のケミカルシフトは次の通りである(7.26 ppm : CDCl3, 7.16 ppm : C6D6, 5.32 ppm : CD2Cl2, 6.0 ppm : 1,1,2,2-C2D2Cl4)。13C NMRのケミカルシフトは、各種溶媒のピーク(CDCl3 (77.16 ppm), CD2Cl2(53.84 ppm), 1,1,2,2-C2D2Cl4 (73.78 ppm)又はC6D6 (128.06 ppm))を基準として報告した。カップリングコンスタント(J)はHz
で示され、分離したピークの重複を示す。略語s, d, t, q及びmは、各オーダーにおける
一重、二重、三重、四重、多重線を示す。
(NMR)
ポリマーのNMRデータは、Bruker AVANCE III HD 500 NMR (FT, 500 MHz: 1H; 125 MHz:
13C)スペクトロメーターにより、CD2Cl2 (26.8℃)又は1,1,2,2-C2D2Cl4 (120℃)を溶媒
として使用し、測定した。1H NMR測定は、内部標準としてテトラメチルシラン(TMS)を用
いて行い、各種溶媒のケミカルシフトは次の通りである(7.26 ppm : CDCl3, 7.16 ppm : C6D6, 5.32 ppm : CD2Cl2, 6.0 ppm : 1,1,2,2-C2D2Cl4)。13C NMRのケミカルシフトは、各種溶媒のピーク(CDCl3 (77.16 ppm), CD2Cl2(53.84 ppm), 1,1,2,2-C2D2Cl4 (73.78 ppm)又はC6D6 (128.06 ppm))を基準として報告した。カップリングコンスタント(J)はHz
で示され、分離したピークの重複を示す。略語s, d, t, q及びmは、各オーダーにおける
一重、二重、三重、四重、多重線を示す。
(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定)
ホモポリマーの分子量及び分子量分布は、HLC-8320 GPC装置(Tosoh Corporation)上で
、40℃でTHFを溶出溶媒として流速0.35 mL/minで用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、決定された。
コポリマーの分子量及び分子量分布は、HLC-8321GPC/HT装置(Tosoh Corporation)上で
、145℃で高温ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(HT-GPC)により、決定された。1,2-Dichlorobenzene (DCB)を溶出溶媒として流速1.0 mL/minとした。キャリブレーションは、ポリスチレンスタンダード(Tosoh Corporation)を用いて行った。
ホモポリマーの分子量及び分子量分布は、HLC-8320 GPC装置(Tosoh Corporation)上で
、40℃でTHFを溶出溶媒として流速0.35 mL/minで用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、決定された。
コポリマーの分子量及び分子量分布は、HLC-8321GPC/HT装置(Tosoh Corporation)上で
、145℃で高温ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(HT-GPC)により、決定された。1,2-Dichlorobenzene (DCB)を溶出溶媒として流速1.0 mL/minとした。キャリブレーションは、ポリスチレンスタンダード(Tosoh Corporation)を用いて行った。
(示差走査熱量測定(DSC))
DSC測定は、DSC 6220 (SII Corporation)にて、速度10℃/minにて行った(特記しない
限り)。ポリマーにおける熱履歴誤差は、試料を、初回150℃に加熱、10℃/min~-100℃ に冷却、2回目のDSCスキャンを記録することで除去された(特記しない限り)。
DSC測定は、DSC 6220 (SII Corporation)にて、速度10℃/minにて行った(特記しない
限り)。ポリマーにおける熱履歴誤差は、試料を、初回150℃に加熱、10℃/min~-100℃ に冷却、2回目のDSCスキャンを記録することで除去された(特記しない限り)。
[実施例1]極性オレフィン重合体の製造
<α-オレフィン 1bの重合(表1 Run 2)>
THFフリーのグローブボックス内で、20 mLシュレンク管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (28.5
mg, 0.03 mmol)のトルエン溶液(0.5 mL)を、C5H5Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-1, 13.0 mg, 0.03 mmol)のトルエン溶液(0.5 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添
加した。混合物を5分間攪拌した後、α-オレフィン1b(889.2 mg, 6.0 mmol, トルエン中1.5 M)を反応液に添加した。シュレンク管を密封し、攪拌下、室温で24時間グローブボッ
クス内で保持した。重合反応を、メタノール(10 mL)添加により、停止した。混合物をメ
タノール(200 mL)にあけ、ポリマー産物を沈殿させた。沈殿したポリマーは、60℃減圧下、定量になるまで乾燥させた(871.4 mg, 98% yield)。得られたポリマーの物性の測定結
果を表1及び図3~5に示す。
<α-オレフィン 1bの重合(表1 Run 2)>
THFフリーのグローブボックス内で、20 mLシュレンク管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (28.5
mg, 0.03 mmol)のトルエン溶液(0.5 mL)を、C5H5Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-1, 13.0 mg, 0.03 mmol)のトルエン溶液(0.5 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添
加した。混合物を5分間攪拌した後、α-オレフィン1b(889.2 mg, 6.0 mmol, トルエン中1.5 M)を反応液に添加した。シュレンク管を密封し、攪拌下、室温で24時間グローブボッ
クス内で保持した。重合反応を、メタノール(10 mL)添加により、停止した。混合物をメ
タノール(200 mL)にあけ、ポリマー産物を沈殿させた。沈殿したポリマーは、60℃減圧下、定量になるまで乾燥させた(871.4 mg, 98% yield)。得られたポリマーの物性の測定結
果を表1及び図3~5に示す。
表1に記載したようにモノマー、錯体、モノマーと触媒の比率、反応温度などを変更し、上記α-オレフィン 1bの重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表1に示す。
上記のとおり、本発明の製造方法により極性オレフィン重合体が得られた。なお、表1
のRun 1では重合体が得られなかったが、これはモノマー1aの1,3-水素シフトにより1-フ
ェノキシ-1-プロペンへの異性化が起こったことによるものと考えられる。これに対し、
C=C結合と酸素原子間のスペーサー部、すなわち一般式(III)におけるR2の炭素数が2(エチレンユニット)であるモノマー1bを用いたところ(Run 2)、重合体が得られ
た。また、錯体Sc-1に変えてSc-2を用いたところ、重合体が得られなかった(Run 3)。こ
れらの結果から、極性オレフィンモノマーの重合活性は、スペーサーの長さと錯体リガンドの立体障害に有意に影響を受けることが示唆された。
また、酸素原子を含まない類縁体であるモノマー1cを用いた表1のRun 6では、重合活性は示されなかった。この結果から、モノマー1bの酸素原子が、重合活性に決定的に重要な役割を果たすことが示唆された。
また、立体的に嵩高い置換基を有するモノマー1hを用いた場合、錯体Sc-3を用いたところ、重合体がほとんど得られなかった(Run 11)が、錯体Sc-4を用いたところ、重合体が得られた(Run 12)。
また、モノマー1tを用いた表1のRun 33では、1bに比べてより長いスペーサー部を有し
ているにも関わらず、重合体はほとんど得られなかった(Run 33)。これに対して、モノマー1tの硫黄類縁体であるモノマー1uでは、同様の条件で重合が行われた(Runs 34-36)。これは、硫黄原子の半径がより大きいため、長いスペーサーでスカンジウム原子と十分に相互作用が形成されたためと考えられる。
のRun 1では重合体が得られなかったが、これはモノマー1aの1,3-水素シフトにより1-フ
ェノキシ-1-プロペンへの異性化が起こったことによるものと考えられる。これに対し、
C=C結合と酸素原子間のスペーサー部、すなわち一般式(III)におけるR2の炭素数が2(エチレンユニット)であるモノマー1bを用いたところ(Run 2)、重合体が得られ
た。また、錯体Sc-1に変えてSc-2を用いたところ、重合体が得られなかった(Run 3)。こ
れらの結果から、極性オレフィンモノマーの重合活性は、スペーサーの長さと錯体リガンドの立体障害に有意に影響を受けることが示唆された。
また、酸素原子を含まない類縁体であるモノマー1cを用いた表1のRun 6では、重合活性は示されなかった。この結果から、モノマー1bの酸素原子が、重合活性に決定的に重要な役割を果たすことが示唆された。
また、立体的に嵩高い置換基を有するモノマー1hを用いた場合、錯体Sc-3を用いたところ、重合体がほとんど得られなかった(Run 11)が、錯体Sc-4を用いたところ、重合体が得られた(Run 12)。
また、モノマー1tを用いた表1のRun 33では、1bに比べてより長いスペーサー部を有し
ているにも関わらず、重合体はほとんど得られなかった(Run 33)。これに対して、モノマー1tの硫黄類縁体であるモノマー1uでは、同様の条件で重合が行われた(Runs 34-36)。これは、硫黄原子の半径がより大きいため、長いスペーサーでスカンジウム原子と十分に相互作用が形成されたためと考えられる。
<ポリマー2bのミクロ構造の決定>
表1のRun 5で得られたポリマー2bのミクロ構造を、文献(E. Feghali et al., Chem. Commun. 50, 862-865 (2014))記載の方法に基づき選択的C-O結合開裂によりポリ1-ブテン2b’に変換し、決定した。窒素飽和グローブボックス中で、2b(1482.0 mg, 10 mmol モノ
マー基準)のジクロロメタン溶液に、B(C6F5)3 (1078.0 mg, 2 mol% モノマー基準)及びEt3SiH (1780.0mg, 15 mmol モノマー基準)を加えた。得られた溶液を室温で12時間撹拌し
、メタノールを加えることにより注意深く反応停止した。オフホワイト色の沈殿を回収し、60℃減圧下、定量になるまで乾燥させた(556.8 mg, 99% yield)。文献(EP0387609; T. Asakura et al., Polymer 28, 1037-1040 (1987); T. Asakura et al., Macromolecules 24, 2334-2340 (1991))記載の方法によりポリ1-ブテン2b’のシンジオタクチシティーを
決定したところ、高いシンジオタクチシティー(rrrr > 95%)が観察された。すなわち、ポリマー2bのシンジオタクチックなミクロ構造が確認された。2b’の1H NMRスペクトラムを図6に、13C NMRスペクトラムを図7に示す。
表1のRun 5で得られたポリマー2bのミクロ構造を、文献(E. Feghali et al., Chem. Commun. 50, 862-865 (2014))記載の方法に基づき選択的C-O結合開裂によりポリ1-ブテン2b’に変換し、決定した。窒素飽和グローブボックス中で、2b(1482.0 mg, 10 mmol モノ
マー基準)のジクロロメタン溶液に、B(C6F5)3 (1078.0 mg, 2 mol% モノマー基準)及びEt3SiH (1780.0mg, 15 mmol モノマー基準)を加えた。得られた溶液を室温で12時間撹拌し
、メタノールを加えることにより注意深く反応停止した。オフホワイト色の沈殿を回収し、60℃減圧下、定量になるまで乾燥させた(556.8 mg, 99% yield)。文献(EP0387609; T. Asakura et al., Polymer 28, 1037-1040 (1987); T. Asakura et al., Macromolecules 24, 2334-2340 (1991))記載の方法によりポリ1-ブテン2b’のシンジオタクチシティーを
決定したところ、高いシンジオタクチシティー(rrrr > 95%)が観察された。すなわち、ポリマー2bのシンジオタクチックなミクロ構造が確認された。2b’の1H NMRスペクトラムを図6に、13C NMRスペクトラムを図7に示す。
[実施例2]非極性オレフィン及び極性オレフィン共重合体の製造
<α-オレフィン 1iとエチレンの共重合(表2 Run 38)>
THFフリーのグローブボックス内で、1i (492.8 mg, 3 mmol)のトルエン溶液(50 mL)を
三口フラスコ中にマグネチックスターラーバーと共にチャージした。フラスコを外に取り出し、水浴(20℃)に設置し、よくパージしたエチレンシュレンクラインと水銀封入栓とに、三方コックを使い接続した。エチレン(1 atm)をシステムに導入し、2分間攪拌し、溶液中に飽和させた。C5Me4SiMe3Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5) (15.2 mg, 0.03 mmol)及び[Ph3C][B(C6F5)4] (28.5 mg, 0.03 mmol)のトルエン溶液(2 mL)を、強攪拌下、シリンジで添加
した。2時間後、重合反応を、メタノール(200 mL)添加により、停止した。ポリマーを濾
過により回収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、定量になるまで乾燥させた(0.64 g)。得られたポリマーは、加温トルエン、ジクロロベンゼン及び1,1,2,2-テトラクロロエタンに可溶である。溶媒分画試験は、ホモポリマー(2i又はポリエチレン)の形成は考慮しなくてよい程度(<2%)であることを示唆した。コポリマーにおける1i含有量は、1H NMR分
析により計算された。得られたポリマーの物性の測定結果を表2及び図8~10に示す。
<α-オレフィン 1iとエチレンの共重合(表2 Run 38)>
THFフリーのグローブボックス内で、1i (492.8 mg, 3 mmol)のトルエン溶液(50 mL)を
三口フラスコ中にマグネチックスターラーバーと共にチャージした。フラスコを外に取り出し、水浴(20℃)に設置し、よくパージしたエチレンシュレンクラインと水銀封入栓とに、三方コックを使い接続した。エチレン(1 atm)をシステムに導入し、2分間攪拌し、溶液中に飽和させた。C5Me4SiMe3Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5) (15.2 mg, 0.03 mmol)及び[Ph3C][B(C6F5)4] (28.5 mg, 0.03 mmol)のトルエン溶液(2 mL)を、強攪拌下、シリンジで添加
した。2時間後、重合反応を、メタノール(200 mL)添加により、停止した。ポリマーを濾
過により回収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、定量になるまで乾燥させた(0.64 g)。得られたポリマーは、加温トルエン、ジクロロベンゼン及び1,1,2,2-テトラクロロエタンに可溶である。溶媒分画試験は、ホモポリマー(2i又はポリエチレン)の形成は考慮しなくてよい程度(<2%)であることを示唆した。コポリマーにおける1i含有量は、1H NMR分
析により計算された。得られたポリマーの物性の測定結果を表2及び図8~10に示す。
表2に記載したようにモノマー、錯体、モノマーと触媒の比率、反応温度などを変更し、上記α-オレフィン 1iとエチレンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表2に示す。
上記のとおり、本発明の製造方法により極性オレフィンとエチレンの共重合体が得られた。なお、表2のRun 45では共重合体が得られなかったが、これは表1のRun 3と同様に、
スペーサーの長さに対して、錯体の立体障害の影響が大きいことによるものと考えられる。
スペーサーの長さに対して、錯体の立体障害の影響が大きいことによるものと考えられる。
[実施例3]極性オレフィン重合体の製造
<α-オレフィン 1vの重合(表3 Run 1)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5H5)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-1, 8.0 mg, 20 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。5分後、
α-オレフィン 1v(296 mg, 1 mmol)を反応液に迅速に添加した。反応液の粘性が上がった
段階で(12分)、メタノール(5 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマー産物を濾過により回収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、白色の粉末を得た(296 mg)。得られたポリマーの物性の測定結果を表3及び図11~13に示す。
<α-オレフィン 1vの重合(表3 Run 1)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5H5)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-1, 8.0 mg, 20 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。5分後、
α-オレフィン 1v(296 mg, 1 mmol)を反応液に迅速に添加した。反応液の粘性が上がった
段階で(12分)、メタノール(5 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマー産物を濾過により回収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、白色の粉末を得た(296 mg)。得られたポリマーの物性の測定結果を表3及び図11~13に示す。
表3に記載したように錯体、モノマーと触媒の比率、反応時間などを変更し、上記α-
オレフィン 1vの重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を
表3に示す。
オレフィン 1vの重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を
表3に示す。
上記のとおり、本発明の製造方法により極性オレフィン1vの重合体が得られた。なお、表3のRun 8では重合体が得られなかったが、これはC5Me4SiMe3の嵩高さに加え、THFの配
位による立体障害の影響によるものと考えられる。
位による立体障害の影響によるものと考えられる。
[実施例4]非極性オレフィン及び極性オレフィン共重合体の製造
<α-オレフィン 1vとエチレンとの共重合(表4 Run 4)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (9.3 mg, 10 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5HMe4)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-3, 5.1 mg, 10 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。三口フラスコ中に、α-オレフィン 1v(0.74 g, 150 mLトルエン中5.0 mmol)をチャージした。フラスコを外に取り出し、水浴(25℃)に設置し、よくパージしたエチレンシュレンクラインと水銀封入栓とに、三方向コックを使い接続した。エチレンをシステムに導入し、1分間攪
拌し、溶液中に飽和させた。触媒溶液を、強攪拌下、封入シリンジで添加した。反応液の粘性が上がった段階で(5分間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマーを濾過により回収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、無色のゴム状物質を得た(0.91 g)。得られたポリマーの物性の測定結果を表4に示す。
<α-オレフィン 1vとエチレンとの共重合(表4 Run 4)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (9.3 mg, 10 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5HMe4)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-3, 5.1 mg, 10 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。三口フラスコ中に、α-オレフィン 1v(0.74 g, 150 mLトルエン中5.0 mmol)をチャージした。フラスコを外に取り出し、水浴(25℃)に設置し、よくパージしたエチレンシュレンクラインと水銀封入栓とに、三方向コックを使い接続した。エチレンをシステムに導入し、1分間攪
拌し、溶液中に飽和させた。触媒溶液を、強攪拌下、封入シリンジで添加した。反応液の粘性が上がった段階で(5分間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマーを濾過により回収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、無色のゴム状物質を得た(0.91 g)。得られたポリマーの物性の測定結果を表4に示す。
表4に記載したように錯体、モノマーと触媒の比率、反応時間などを変更し、上記α-
オレフィン 1vとエチレンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物
性の測定結果を表4及び図14~16に示す。さらに、表5に記載したように連鎖移動剤(chain transfer agent)を用いた系で、上記α-オレフィン 1vとエチレンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表5に示す。TIBA(トリイ
ソブチルアルミニウム)やアニソールでは、ポリマーの分子量はほとんど変わっていない
が、TMA(トリメチルアルミニウム)ではポリマー分子量が顕著に小さくなっている。こ
れはTMAが連鎖移動剤として極めて有効であり、仕込み量を調節することによって分子量
を制御できることを示している。
オレフィン 1vとエチレンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物
性の測定結果を表4及び図14~16に示す。さらに、表5に記載したように連鎖移動剤(chain transfer agent)を用いた系で、上記α-オレフィン 1vとエチレンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表5に示す。TIBA(トリイ
ソブチルアルミニウム)やアニソールでは、ポリマーの分子量はほとんど変わっていない
が、TMA(トリメチルアルミニウム)ではポリマー分子量が顕著に小さくなっている。こ
れはTMAが連鎖移動剤として極めて有効であり、仕込み量を調節することによって分子量
を制御できることを示している。
上記のとおり、本発明の製造方法により極性オレフィン1vとエチレンとの共重合体が得られた。
[実施例5]非極性オレフィン及び極性オレフィン共重合体の製造
<α-オレフィン 1vとスチレンとの共重合(表6 Run 2)>
グローブボックス内で、20 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (9.3 mg, 10 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5, 5.1 mg, 10 μmol)のトルエン溶液(4.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。5分
後、5 mLトルエン中、スチレン(1.04 g, 10 mmol)及びα-オレフィン 1v(1.48 g, 10 mmol)の混合溶液を触媒溶液に迅速に添加した。反応液の粘性が上がった段階で(24時間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマー産物を濾過により回収し
、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、白色の粉末を得た(2.2 g)。得ら
れたポリマーの物性の測定結果を表6及び図17~19に示す。
<α-オレフィン 1vとスチレンとの共重合(表6 Run 2)>
グローブボックス内で、20 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (9.3 mg, 10 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5, 5.1 mg, 10 μmol)のトルエン溶液(4.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。5分
後、5 mLトルエン中、スチレン(1.04 g, 10 mmol)及びα-オレフィン 1v(1.48 g, 10 mmol)の混合溶液を触媒溶液に迅速に添加した。反応液の粘性が上がった段階で(24時間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマー産物を濾過により回収し
、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、白色の粉末を得た(2.2 g)。得ら
れたポリマーの物性の測定結果を表6及び図17~19に示す。
表6に記載したように錯体、モノマーと触媒の比率、反応時間などを変更し、上記α-
オレフィン 1vとスチレンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物
性の測定結果を表6に示す。
オレフィン 1vとスチレンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物
性の測定結果を表6に示す。
上記のとおり、本発明の製造方法により極性オレフィン1vとスチレンとの共重合体が得られた。
[実施例6]非極性オレフィン及び極性オレフィン共重合体の製造
<α-オレフィン 1vとプロピレンとの共重合(表7 Run 2)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5, 10.2 mg, 20 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。
三口フラスコ中に、α-オレフィン 1v(0.30 g, 50 mLトルエン中2.0 mmol)をチャージし
た。フラスコを外に取り出し、水浴(25℃)に設置し、よくパージしたプロピレンシュレンクラインと水銀封入栓とに、三方コックを使い接続した。プロピレンをシステムに導入し、1分間攪拌し、溶液中に飽和させた。触媒溶液を、強攪拌下、封入シリンジで添加した
。反応液の粘性が上がった段階で(5分間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマーを濾過により回収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、無色の固体を得た(400 mg)。得られたポリマーの物性の測定結果を表7及び図20~22に示す。
<α-オレフィン 1vとプロピレンとの共重合(表7 Run 2)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5, 10.2 mg, 20 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。
三口フラスコ中に、α-オレフィン 1v(0.30 g, 50 mLトルエン中2.0 mmol)をチャージし
た。フラスコを外に取り出し、水浴(25℃)に設置し、よくパージしたプロピレンシュレンクラインと水銀封入栓とに、三方コックを使い接続した。プロピレンをシステムに導入し、1分間攪拌し、溶液中に飽和させた。触媒溶液を、強攪拌下、封入シリンジで添加した
。反応液の粘性が上がった段階で(5分間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマーを濾過により回収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、無色の固体を得た(400 mg)。得られたポリマーの物性の測定結果を表7及び図20~22に示す。
表7に記載したように錯体、モノマーと触媒の比率、反応温度などを変更し、上記α-
オレフィン 1vとプロピレンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの
物性の測定結果を表7に示す。
オレフィン 1vとプロピレンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの
物性の測定結果を表7に示す。
上記のとおり、本発明の製造方法により極性オレフィン1vとプロピレンとの共重合体が得られた。
[実施例7]非極性オレフィン及び極性オレフィン共重合体の製造
<α-オレフィン 1vと1-ヘキセンとの共重合(表8 Run 1)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5, 10.2 mg, 20 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。5分後、2 mLトルエン中、1-ヘキセン(210 mg, 2.5 mmol)及びα-オレフィン 1v(74 mg, 0.5 mmol)の混合溶液を触媒溶液に迅速に添加した。反応液の粘性が上がった段階で(3日間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマー産物を濾過により回
収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、白色の粉末を得た(205 mg)。得られたポリマーの物性の測定結果を表8及び図23~25に示す。
<α-オレフィン 1vと1-ヘキセンとの共重合(表8 Run 1)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5, 10.2 mg, 20 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。5分後、2 mLトルエン中、1-ヘキセン(210 mg, 2.5 mmol)及びα-オレフィン 1v(74 mg, 0.5 mmol)の混合溶液を触媒溶液に迅速に添加した。反応液の粘性が上がった段階で(3日間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマー産物を濾過により回
収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、白色の粉末を得た(205 mg)。得られたポリマーの物性の測定結果を表8及び図23~25に示す。
表8に記載したようにモノマーの比率、反応時間などを変更し、上記α-オレフィン 1vと1-ヘキセンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表8に示す。
上記のとおり、本発明の製造方法により極性オレフィン1vと1-ヘキセンとの共重合体が得られた。
[実施例8]非極性オレフィン及び極性オレフィン共重合体の製造
<α-オレフィン 1vとイソプレンとの共重合(表9 Run 3)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5H5)Sc(CH2SiMe3)2THF (Sc-7, 8 mg, 20 μmol)のトルエ
ン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。5分後、2 mLトルエン中、イソプレン(136 mg, 2.0 mmol)及びα-オレフィン 1v(296 mg, 2.0 mmol)
の混合溶液を触媒溶液に迅速に添加した。反応液の粘性が上がった段階で(12時間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマー産物を濾過により回収し、
メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、白色のゴム状物質を得た(400 mg)。得られたポリマーの物性の測定結果を表9に示す。
<α-オレフィン 1vとイソプレンとの共重合(表9 Run 3)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5H5)Sc(CH2SiMe3)2THF (Sc-7, 8 mg, 20 μmol)のトルエ
ン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。5分後、2 mLトルエン中、イソプレン(136 mg, 2.0 mmol)及びα-オレフィン 1v(296 mg, 2.0 mmol)
の混合溶液を触媒溶液に迅速に添加した。反応液の粘性が上がった段階で(12時間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマー産物を濾過により回収し、
メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、白色のゴム状物質を得た(400 mg)。得られたポリマーの物性の測定結果を表9に示す。
表9に記載したようにモノマーの比率などを変更し、上記α-オレフィン 1vとイソプレンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表9及び図26~28に示す。
上記のとおり、本発明の製造方法により極性オレフィン1vとイソプレンとの共重合体が得られた。
[参考例1]アリルフェノール重合体の製造
窒素雰囲気下、-20℃、250 mL丸底フラスコ内で、三臭化ホウ素(2.60 g, 1 mL, 10.4 mmol)を、アイソタクチック 2-アリルアニソール重合体(0.444 g, 3 mmol)のジクロロメタン溶液(100 mL)にゆっくりと滴下して加え、1時間攪拌した。反応溶液を室温まで温め、
さらに24時間攪拌した。続いて紫色の溶液を-20℃に冷やし、30 mLの脱イオン水を加えた。煙霧の放出に続き、混合物をゆっくりと室温まで温めた。2-アリルフェノール重合体は、ジクロロメタン及び水のいずれにも不溶で、反応液から沈殿する。沈殿を濾過により回収し、続いて水、及びジクロロメタンで洗浄し、得られた白色の粉末を減圧下、乾燥した(0.40 g, 98%)。
窒素雰囲気下、-20℃、250 mL丸底フラスコ内で、三臭化ホウ素(2.60 g, 1 mL, 10.4 mmol)を、アイソタクチック 2-アリルアニソール重合体(0.444 g, 3 mmol)のジクロロメタン溶液(100 mL)にゆっくりと滴下して加え、1時間攪拌した。反応溶液を室温まで温め、
さらに24時間攪拌した。続いて紫色の溶液を-20℃に冷やし、30 mLの脱イオン水を加えた。煙霧の放出に続き、混合物をゆっくりと室温まで温めた。2-アリルフェノール重合体は、ジクロロメタン及び水のいずれにも不溶で、反応液から沈殿する。沈殿を濾過により回収し、続いて水、及びジクロロメタンで洗浄し、得られた白色の粉末を減圧下、乾燥した(0.40 g, 98%)。
上記のとおり、本発明の製造方法により得られたアリルアニソール重合体からアリルフェノール重合体が誘導された。
[実施例9]非極性オレフィン及び極性オレフィン共重合体の製造
<α-オレフィン 1wとエチレンとの共重合(表10 Run 1)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5, 10.2 mg, 20 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。
三口フラスコ中に、α-オレフィン 1w(0.328 g, 50 mLトルエン中2.0 mmol)をチャージした。フラスコを外に取り出し、水浴(25℃)に設置し、よくパージしたエチレンシュレンクラインと水銀封入栓とに、三方向コックを使い接続した。エチレンをシステムに導入し、1分間攪拌し、溶液中に飽和させた。触媒溶液を、強攪拌下、封入シリンジで添加した。
反応液の粘性が上がった段階で(20分間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を
停止した。ポリマーを濾過により回収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、無色のゴム状物質を得た(0.155 g)。得られたポリマーの物性の測定結果を表10
及び図29~30に示す。
<α-オレフィン 1wとエチレンとの共重合(表10 Run 1)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5, 10.2 mg, 20 μmol)のトルエン溶液(1.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。
三口フラスコ中に、α-オレフィン 1w(0.328 g, 50 mLトルエン中2.0 mmol)をチャージした。フラスコを外に取り出し、水浴(25℃)に設置し、よくパージしたエチレンシュレンクラインと水銀封入栓とに、三方向コックを使い接続した。エチレンをシステムに導入し、1分間攪拌し、溶液中に飽和させた。触媒溶液を、強攪拌下、封入シリンジで添加した。
反応液の粘性が上がった段階で(20分間)、メタノール(50 mL)添加により、重合反応を
停止した。ポリマーを濾過により回収し、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、無色のゴム状物質を得た(0.155 g)。得られたポリマーの物性の測定結果を表10
及び図29~30に示す。
表10に記載したようにモノマーと触媒の比率などを変更し、上記α-オレフィン 1wとエチレンとの共重合と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表10に示す。
上記のとおり、本発明の製造方法により極性オレフィン1wとエチレンとの共重合体が得られた。
[実施例10]非極性オレフィン及び極性オレフィン共重合体の製造
<α-オレフィン 1xとスチレンとの共重合(表11)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5, 10 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(4.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。5
分後、5 mLトルエン中、スチレン(104 mg, 1 mmol)及びα-オレフィン 1w(161 mg, 1 mmol)の混合溶液を触媒溶液に迅速に添加した。反応液の粘性が上がった段階で(36時間)、メタノール(20 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマー産物を濾過により回収し
、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、白色の粉末を得た(73 mg)。得ら
れたポリマーの物性の測定結果を表11及び図31~32に示す。
<α-オレフィン 1xとスチレンとの共重合(表11)>
グローブボックス内で、10 mLガラス管中で、[Ph3C][B(C6F5)4] (18.4 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(1.0 mL)を、(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2(Sc-5, 10 mg, 20 μmol)
のトルエン溶液(4.0 mL)に、マグネチックスターラー攪拌下で、ゆっくりと添加した。5
分後、5 mLトルエン中、スチレン(104 mg, 1 mmol)及びα-オレフィン 1w(161 mg, 1 mmol)の混合溶液を触媒溶液に迅速に添加した。反応液の粘性が上がった段階で(36時間)、メタノール(20 mL)添加により、重合反応を停止した。ポリマー産物を濾過により回収し
、メタノールで洗浄し、60℃減圧下、24時間乾燥させ、白色の粉末を得た(73 mg)。得ら
れたポリマーの物性の測定結果を表11及び図31~32に示す。
上記のとおり、本発明の製造方法により極性オレフィン1xとスチレンとの共重合体が得られた。
[実施例11]非極性オレフィン重合体の製造
<α-オレフィン AP(1v)及びAPRの重合(表12)>
表12に記載したように、モノマー、錯体、モノマーと触媒の比率、反応時間などを変更し、上記実施例3と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表12及び図34,35に示す。
<α-オレフィン AP(1v)及びAPRの重合(表12)>
表12に記載したように、モノマー、錯体、モノマーと触媒の比率、反応時間などを変更し、上記実施例3と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表12及び図34,35に示す。
Sc-1錯体を用いて、AP重合体産物及びAPR重合体産物が得られた。[O]/[M]比を100/1か
ら1000/1に上げ、反応時間を長くすると、得られる重合体の数平均分子量(Mn)が向上した。これらの重合体は、高シンジオタクチックホモポリマー(>95 rrrr%)であった。
ら1000/1に上げ、反応時間を長くすると、得られる重合体の数平均分子量(Mn)が向上した。これらの重合体は、高シンジオタクチックホモポリマー(>95 rrrr%)であった。
[実施例12]非極性オレフィン及び極性オレフィン共重合体の製造
<α-オレフィン AP(1v)とエチレンとの共重合(表13)>
表13に記載したように錯体、モノマーと触媒の比率、反応時間などを変更し、上記実施例4と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表13に示す。
<α-オレフィン AP(1v)とエチレンとの共重合(表13)>
表13に記載したように錯体、モノマーと触媒の比率、反応時間などを変更し、上記実施例4と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表13に示す。
錯体1(Sc-1)では共重合体が得られず、高シンジオタクチックホモポリマーが得られた
。これは立体的に小さな配位子をもつ触媒を用いたことにより、APモノマーが優先的にSc-1錯体に配位し、重合が進行したためと推測される。立体的に嵩高い錯体2(Sc-5)を用い
た場合、エチレン-2-アリルアニソール(E-AP)共重合体産物(P1)が排他的に得られた(表13, run 2)。Eを1 atm下、[O]/[M]比を200/1から500/1, 1000/1, 2000/1及び5000/1に上げると、得られる共重合体(P1-P5)の数平均分子量(Mn)は、著しく向上したのに対し
、共重合体中のAPモノマー導入率は若干の増加とともに維持された(表13, run 2-6)。
13C{1H} NMR分析により、共重合体(P1-P5)は、主に交互AP-E配列(67-76%)を有し、
若干のAP-(E)n-AP配列(n≧2, 19-33%)及びE-AP-AP-E配列(0-5%)を有することが示さ
れた。
また、共重合体(P1-P5)は、非晶体でガラス転移温度を有していた。
。これは立体的に小さな配位子をもつ触媒を用いたことにより、APモノマーが優先的にSc-1錯体に配位し、重合が進行したためと推測される。立体的に嵩高い錯体2(Sc-5)を用い
た場合、エチレン-2-アリルアニソール(E-AP)共重合体産物(P1)が排他的に得られた(表13, run 2)。Eを1 atm下、[O]/[M]比を200/1から500/1, 1000/1, 2000/1及び5000/1に上げると、得られる共重合体(P1-P5)の数平均分子量(Mn)は、著しく向上したのに対し
、共重合体中のAPモノマー導入率は若干の増加とともに維持された(表13, run 2-6)。
13C{1H} NMR分析により、共重合体(P1-P5)は、主に交互AP-E配列(67-76%)を有し、
若干のAP-(E)n-AP配列(n≧2, 19-33%)及びE-AP-AP-E配列(0-5%)を有することが示さ
れた。
また、共重合体(P1-P5)は、非晶体でガラス転移温度を有していた。
[実施例13]非極性オレフィン及び極性オレフィン共重合体の製造
<α-オレフィン APRとエチレンとの共重合(表14)>
置換2-アリルアニソールは、以下に示す文献に記載された方法に準じて合成した。
(1) P. Anbarasan, H. Neumann, M. Beller, Chem. Eur. J. 17, 4217-4222 (2011).
(2) H. Jiang, W. Yang, H. Chen, J. Li, W. Wu, Chem. Commun. 50, 7202-7204 (2014).
表14に記載したようにモノマー、錯体、モノマーと触媒の比率、反応時間などを変更し、上記実施例4と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表14及び図36~39に示す。
<α-オレフィン APRとエチレンとの共重合(表14)>
置換2-アリルアニソールは、以下に示す文献に記載された方法に準じて合成した。
(1) P. Anbarasan, H. Neumann, M. Beller, Chem. Eur. J. 17, 4217-4222 (2011).
(2) H. Jiang, W. Yang, H. Chen, J. Li, W. Wu, Chem. Commun. 50, 7202-7204 (2014).
表14に記載したようにモノマー、錯体、モノマーと触媒の比率、反応時間などを変更し、上記実施例4と同様に重合反応を行った。得られたポリマーの物性の測定結果を表14及び図36~39に示す。
置換2-アリルアニソールをモノマーとして、エチレン-置換2-アリルアニソール(E-AP
R)共重合体産物が得られた。モノマー錯体比及び反応時間を増やすことで、収率及び分
子量の向上が確認された。
モノマーの置換基を変えることにより、広い範囲でガラス転移温度を制御できた。
R)共重合体産物が得られた。モノマー錯体比及び反応時間を増やすことで、収率及び分
子量の向上が確認された。
モノマーの置換基を変えることにより、広い範囲でガラス転移温度を制御できた。
本発明の製造方法によれば、共重合体における極性オレフィン構造単位の割合が高く、高分子量の非極性オレフィンと極性オレフィンとの共重合体、シンジオタクチシティーが高い極性オレフィン重合体を提供することができる。本発明の(共)重合体は、極性材料
との接着性、相溶性に優れ、各種プラスチック材料、添加剤などへの利用が考えられる。
との接着性、相溶性に優れ、各種プラスチック材料、添加剤などへの利用が考えられる。
Claims (5)
- 非極性オレフィンモノマーと一般式(IV)で表される極性オレフィンモノマーとの共重合体であって、全構造単位に対する極性オレフィン構造単位の割合が20mol%以上である、非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体。
- 前記共重合体の数平均分子量が、2.0×103以上である、請求項1に記載の非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体。
- 前記一般式(IV)におけるZが、酸素、窒素、及び硫黄からなる群から選ばれる、請求項1又は2に記載の非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体。
- 前記一般式(IV)におけるR1が、炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状、環状アルキル基、直鎖状、分岐鎖状アルケニル基、又は、直鎖状、分岐鎖状アルキニル基;炭素数1~10のアルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基で置換された環状アルキル基;アリール基;及び;炭素数1~10のアルキル基、アルケニル基、又は、アルキニル基で置換されたアリール基;からなる群から選ばれる、請求項1~3のいずれか一項に記載の非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体。
- 前記非極性オレフィンモノマーが、エチレン、α-オレフィン、置換および無置換スチレン、ジエン、及び炭素数3~20の環状オレフィンからなる群から選ばれる1種又は2種以上を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の非極性オレフィン-極性オレフィン共重合体。
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